基于百焦耳激光平台的损伤动力学时间分辨测试技术研究

摘要

惯性约束核聚变激光驱动器三倍频终端光路大量采用熔石英元件，承受高通量紫外激光辐照，极易产生损伤，元件损伤阈值是标志其负载能力，决定整个装置能否平稳运行的关键。研究熔石英激光损伤机理，进而指导材料制备和元件加工工艺，提高损伤阈值，具有重要意义。
　　本文设计并搭建了熔石英激光损伤过程的动力学成像实验系统，实现了纳秒级时间分辨。首先利用光延时对1064nm纳秒脉冲激光分别作用于熔石英样品体内和后表面的损伤动力学过程开展了实验研究，获取到损伤发展的时间分辨图像；在此基础之上，完成了大型激光平台与照明用小激光器的同步，以大型激光器——百焦耳激光平台为损伤光源设计和搭建了紫外损伤泵浦-探测阴影成像系统，并获得熔石英元件后表面损伤空气冲击波演化的时间分辨图像；最后，将干涉测量和时间分辨技术结合，测量了紫外损伤过程中产生等离子体的瞬态折射率和自由电子密度。
　　本文研究结果表明：聚焦至样品体内的1064nm脉冲激光对样品造成激光传输方向的线状损伤，在材料内部产生匀速的应力波；此外，通过对体内同一位置辐照多发激光脉冲，得到多发次激光损伤形态的增长规律；激光聚焦于熔石英元件后边面时，产生速度迅速下降的冲击波。用大光斑、准平行的351nm激光脉冲打靶时，同时观察到多个损伤源，且冲击波速度较小。干涉测量的结果表明：紫外激光对熔石英后表面造成损伤时，产生的等离子体电子密度为1018/cm3量级，由中心到边缘逐渐减小。本文工作验证了基于百焦耳激光平台的纳秒级时间分辨损伤测试技术的可行性，以及相干探测法用于光学元件损伤等离子体物理信息探测的能力。

目录

第1章 绪论

1.1研究的背景和意义

1.2国内外在该方向的研究现状及分析

1.3本文主要研究内容及章节安排

第2章 小型激光器光延时熔石英激光损伤图像探测

2.1泵浦——探测法获得超高时间分辨率的原理

2.2实验系统整体设计

2.3熔石英体内激光损伤探测成像

2.4熔石英后表面损伤冲击波动力学成像

2.5 本章小结

第3章 百焦耳装置电延时熔石英激光损伤图像探测

3.1百焦耳装置同步系统介绍

3.2实验同步方案及延时稳定性

3.3百焦耳实验结果

3.4本章小结

第4章 干涉测量原理及结果分析

4.1轴对称相位体折射率测量原理

4.2等离子体折射率

4.3干涉测量结果

4.4本章小结

结论

参考文献

声明

致谢