光学材料的多波长激光损伤机制研究

针对本项目提出单位在ICF系统工程中对多波长同时作用下光学材料的损伤形成、损伤增长规律和损伤机制的需求，拟采用材料微缺陷和损伤点缺陷的强激光传输动力学理论来分析强激光诱导光学材料损伤的形成机制和增长规律，同时还利用基于飞秒超快时间分辨的瞬态成像技术来研究多波长同时作用下损伤形成和损伤增长的动态物理过程。本项目的主要研究内容有：（1）损伤模型研究，重点研究材料微缺陷、损伤点缺陷在强激光条件下的非线性效应对损伤形成和损伤增长过程的影响；（2）利用基于飞秒激光脉冲的超快时间分辨技术进行损伤动态物理过程研究，建立损伤形成和损伤增长过程的时序动态形貌图片库；（3）损伤综合评价体系的建立，建立一套适用于ICF工程化需求的大型光学元件的损伤形成和损伤增长的评价体系，并对光学元件的使用寿命进行预测。

强激光诱导光学元件的损伤是制约ICF激光驱动器向更高更强发展的最大瓶颈，受经济利益和技术发展的驱使，这也将是一个持续的挑战。损伤形貌是损伤机制的外在体现，等离子体和冲击波的产生与发展是损伤及损伤增长的主要原因，研究强激光诱导光学元件损伤的形貌，研究损伤过程的超快动力学特征，分析强激光诱导光学元件损伤的规律，有助于我们理解激光诱导材料损伤的物理内涵，掌握损伤过程的物理机制和物理规律，对改进光学元件的加工工艺，增加光学元件的使用寿命，降低高能激光系统的运行成本并提高负载能力有现实意义。本论文对Nd:YAG纳秒激光诱导光学元件损伤的规律进行了系统的研究。主要思路是从研究1064nm、532nm和355nm三波长纳秒激光单独作用及两两同时作用下光学元件初始损伤及损伤增长的形貌出发，结合超快时间分辨阴影图的方法，获取了熔石英光学元件前后表面和体内的等离子体、冲击波的产生与发展过程的时间分辨图像，分析了纳秒激光诱导光学元件损伤的物理规律和机制。