KDP晶体元件后表面激光损伤过程中冲击波和喷溅行为研究.pdf

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1、硕士学位论文KDP晶体元件后表面激光损伤过程中冲击波和喷溅行为研究RESEARCHONSHOCKWAVEANDEJECTIONBEHAVIORDURINGLASERDAMAGEONTHEBACKSURFACEOFKDPCRYSTALCOMPONENT解珺迪哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN249学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开工学硕士学位论文KDP晶体元件后表面激光损伤过程中冲击波和喷溅行为研究硕士研究生：解珺迪导师：朱成禹副教授申请学位：工学硕士学科：物理电子学所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：

2、哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN249U.D.C:535DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONSHOCKWAVEANDEJECTIONBEHAVIORDURINGLASERDAMAGEONTHEBACKSURFACEOFKDPCRYSTALCOMPONENTCandidate：XieJundiSupervisor：AssociatedProf.ZhuChengyuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialit

3、y：PhysicalElectronicsAffiliation：CollegeofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要KDP晶体作为ICF激光驱动器中的倍频元件，需要承受高通量的紫外激光辐照，在实际应用中极易发生损伤，成为了限制负载通量的一个重要因素。因此，KDP晶体的损伤问题成为人们密切关注且迫切解决的问题。目前对KDP晶体的损伤研究，主要侧重于元件损伤的静态形貌分析，

4、尚无足够的支撑KDP晶体损伤动力学过程研究的清晰，完整且系统的实验结果。开展KDP晶体激光诱导下的损伤力学响应行为的研究，对于晶体损伤动力学的探索和损伤模型的建立具有重要意义。本文设计并搭建了泵浦—探测法和干涉测量相结合的纳秒级时间分辨成像系统，用于获取KDP后表面激光损伤过程的动态行为图像。针对355nm纳秒脉冲激光作用在KDP晶体后表面产生的冲击波和材料喷溅进行实验研究，给出了激光诱导等离子体冲击波、电子密度以及材料喷溅的空间分布和时间演化行为规律。实验中的激光通量设置在实际工程应用中的常规运行通量范围4-8J/cm2，晶体后表面辐照光斑大小选择在

5、2mm量级。本文研究结果表明：紫外激光诱导KDP晶体后表面损伤时，产生速度迅速下降的冲击波，点爆炸模型可适用于缺陷诱导冲击波的发展情形，并依此得到冲击波在轴向和径向的传播速度；通过干涉条纹的偏移量，计算得到冲击波和等离子体的折射率分布及电子密度分布，结果表明等离子体导致的折射率改变量在10-4量级，对应自由电子密度为1018/cm3量级；时间分辨图像很清晰地展示了喷溅随时间发展的演化阶段，起初几百ns过程中喷溅随着冲击波一起扩散，主要形态为细小粉末，10μs延时下后表面有大颗粒喷溅物出现，一直持续到几百微秒后喷溅过程结束；同时总结了多发次激光作用下的晶

6、体后表面喷溅行为发展规律，主要受缺陷诱导机理作用；对多发次损伤造成的喷溅距离进行了观察和分析，总结了喷溅物的尺寸和喷溅距离随发次的增长规律。本文给出了KDP晶体后表面在激光损伤过程中的力学响应动态行为的空间发展和时间演化规律，为进一步建立紫外损伤动力学模型，揭示KDP晶体紫外损伤机理提供实验参考，为工程上的实际应用提供支持。关键词：KDP晶体；激光损伤；时间分辨；干涉测量；等离子体I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsafrequencydoublingelementintheopticalpathofInertialConfinemen

7、tFusion(ICF)laserdriver,potassiumdihydrogenphosphatecrystal(KDPcrystal)needstowithstandhighfluxultravioletlaserirradiation.However,KDPcrystalisvulnerabletolaser-induceddamageandbecomesaweaklinkinrestrictingthefluxofloadinpracticalapplications.ThedamageofKDPcrystalshasbecomeaprob

8、lemthatpeoplepaycloseattentiontoandurgentlysolv