01 Qog'ozga kirish
Optik yupqa plyonkalar (bir/ko'p{0}}qatlamli qoplamalar yoki panjaralar) displeylar, lazer tizimlari, tibbiy asboblar va aerokosmik sohalarda keng qo'llaniladi. Pikosoniya/femtosoniyali ultratezkor lazerlarni haydash-modullarini qulflash va jiringlab impulslarni kuchaytirish (CPA) usullari, yuqori cho‘qqi quvvati tufayli materiallarni qayta ishlash kabi ilovalarni kengaytirsa-da,-issiqlik bo‘lmagan foton-elektron o‘zaro ta‘siri (multipholansion, multipholanission) tufayli lazerning shikastlanishiga ham sabab bo‘ladi. va boshqalar), optik komponentlarning ishlash muddati uchun asosiy cheklovchi omilga aylanadi. Metall plyonkali panjaralar o'zlarining keng aks ettirish qobiliyatiga ega, CPA lazer zarbasini siqish kabi stsenariylarda hal qiluvchi ahamiyatga ega, ammo mavjud tadqiqotlar pulsning davomiyligi (ayniqsa, minimal zarar eshigi yaqinidagi tafsilotlar), ko'p pulslar va shikastlanish chegarasi o'rtasidagi bog'liqlikni to'liq o'rganmagan, shuningdek, mahalliy optik effektlarning vaqtinchalik o'zgarishi va optik xususiyatlarni etarli darajada ko'rib chiqmagan. Shu sababli, ushbu tadqiqot nazariy hisob-kitoblar va tajribalar orqali alyuminiy plyonka panjaralarining (AMG) 2-15 ps chastotali lazer nurlanishi ostida shikastlanish mexanizmlarini o'rganadi, shikastlanish chegarasini doimiy morfologik o'zgarishlarni keltirib chiqaradigan minimal lazer oqimi sifatida belgilaydi, shu bilan birga "kümülatif ta'sir" mexanik materialning mexanik ta'siri yoki takroriy mexanik o'zgarishlarga taalluqlidir. ta'sir qilish.
02 Toʻliq matnli sharh
Ushbu tadqiqot AMGga qaratilgan boʻlib, pikosoniyali lazerlarning puls davomiyligini va bir nechta impulslarning jami zarar taʼsirini tizimli ravishda tahlil qiladi: Birinchidan, mahalliy elektr maydon taqsimotini simulyatsiya qilish uchun qatʼiy birlashtirilgan{0}}toʻlqin tahlili (RCWA) qoʻllaniladi, bunda panjara tizma burchaklari eng zaif joylar sifatida aniqlanadi; keyin, ikkita{1}}harorat modeli (TTM) elektronlar va panjaralarning oʻta tezkor dinamikasini xarakterlaydi va alyuminiy parametrlari, masalan, termoyadroviyning yashirin issiqligi, bir{2}}puls va koʻp{3}}impulsli shikastlanish chegaralarini bashorat qiladi; eksperimental ravishda, 2{14}}15 ps sozlanishi mumkin bo'lgan puls kengligi lazerlari yordamida zarar chegaralarini o'lchash uchun haqiqiy vaqtni tasvirlash tizimiga ega platforma o'rnatildi, 10 ps (tajribaviy qiymat 0,0705 J/sm²), 1 kHz-010 chastotali nurlanish tezligidan foydalangan holda eng past AMG shikastlanish chegarasini topdi. Tajribalar shuni ko'rsatadiki, impulslar soni ortishi bilan zarar eshigi bosqichma-bosqich pasayib boradi (1000 ta impulsda 0,0346 J/sm² gacha pasayadi), to'plangan impulslar bilan zarar morfologiyasi (ablatsiya, chayqalish va boshqalar) yomonlashadi. Tadqiqotning yadrosi lazerga chidamli optik qoplamalarni ishlab chiqish uchun nazariy va eksperimental yordamni ta'minlab, puls parametrlari (impuls kengligi, soni) va AMG shikastlanishi o'rtasidagi miqdoriy munosabatlarni o'rnatishdan iborat.
03 Grafik tahlil
1-rasmda pikosoniyali lazer va alyuminiy plyonka panjarasi (AMG) o'rtasidagi o'zaro ta'sirning asosiy energiya uzatish jarayoni intuitiv tarzda ko'rsatilgan. Ko'rsatilgandek, o'ta tezkor lazer tushganda, metalldagi erkin elektronlar birinchi navbatda foton energiyasini tez so'rib oladi va qo'zg'aladi, yuqori-temperaturali elektron sistema hosil qiladi; keyinchalik, qo'zg'atilgan elektronlar elektron -fonon birikmasi va fonon-fononning tarqalishi jarayonlari orqali energiyani bosqichma-bosqich panjaraga o'tkazadi va natijada panjara haroratining o'zgarishiga olib keladi. Bu jarayon elektronlar va panjara o'rtasidagi issiqlik muvozanatini buzadi va lazer ta'siridan{6}}zararlanishning asosiy energiya manbai bo'lib, keyinchalik ikki{7}}harorat modeli (TTM) ni o'rnatish uchun jismoniy asosni ta'minlaydi.
Qattiq bog'langan to'lqin tahliliga (RCWA) asoslangan 2-rasm, 1030 nm to'lqin uzunligida elektr maydonining intensivligi panjara tizmasining burchaklarida yuqoriroq bo'lib, shikastlanishning mumkin bo'lgan boshlang'ich nuqtalarini ko'rsatadigan "issiq nuqtalar" hosil qilishini ko'rsatadi. AMG uzatish, aks ettirish va yutilish spektrlari shuni ko'rsatadiki, panjara davrini oshirish turli to'lqin uzunliklarida energiya yutilishini kuchaytiradi va moddiy zarar xavfini oshiradi. SEM tasvirlari RCWA simulyatsiyalarining to'g'riligini tasdiqlovchi elektr maydonining "issiq nuqta" joylariga mos keladigan AMG tizmasining burchaklarida aniq zararni ko'rsatadi.
3-rasmda ikki haroratli modeldan foydalangan holda pikosoniyali lazer taʼsirida AMG elektron va panjara temperaturalarining evolyutsiyasi aniqlangan: 10 ps impuls kengligida, lazer energiyasi zichligi 0,076 J/sm² ga yetganda, panjara harorati alyuminiyning erish nuqtasiga koʻtariladi (9s33), 10 ps uchun bitta-pulsning shikastlanish chegarasi; qat'iy energiya zichligida 2 ps qisqa impuls uchun eng yuqori elektron harorati 15 ps uzunlikdagi impulsga qaraganda ancha yuqori (chunki qisqaroq impulslar energiyani tezroq to'playdi va elektron energiyasini jamlaydi); 1 kHz takrorlash tezligi bilan 10 ps impuls kengligi ostida, 10 impulsdan keyingi zarar chegarasi termal to'planish tufayli 0,0598 J/sm² ga tushadi, bu yagona impuls chegarasidan pastroqdir.
4-rasmda eksperimental o'rnatish lazer parametrlarini aniq nazorat qilish va 2-15 ps sozlanishi mumkin bo'lgan impuls kengligi lazer manbasi, yarim to'lqin plitasi va polarizator, shuningdek, qorong'u vaqtni kuzatish tizimi moduli bilan real-bog'langan energiya boshqaruv moduli orqali zararni real vaqtda kuzatish imkonini beradi; egri chiziq 2-15 ps impuls kengligi oralig'ida AMG shikastlanish chegarasi 10 ps da eng past ekanligini ko'rsatadi (tajriba qiymati 0,0705 J/sm², simulyatsiya qilingan 0,076 J/sm² qiymatiga juda mos keladi); pastki rasm (c) ko'rsatadiki, 10 ps impuls kengligi ostida, impulslar soni 1 dan 1000 gacha oshgani sayin, AMG shikastlanish maydoni asta-sekin kengayib boradi va materialning sochilishi tobora kuchayib boradi, bu ko'p puls to'plash effektini aniq aks ettiradi.
Xulosa:
Ushbu tadqiqot nazariyani (RCWA+TTM) va AMG ning pikosoniyali lazerlar ostida zarar etkazilishini aniqlashtirish uchun tajribalarni birlashtiradi: RCWA tizma burchaklarini zaif joylar sifatida aniq aniqlaydi, TTM zarar chegaralarini bashorat qilish uchun elektron panjara dinamikasini samarali tarzda simulyatsiya qiladi va tajribalar shuni tasdiqlaydiki, eng past 10 ta zarar sindirish natijasidir. elektron -fonon relaksatsiyasi, panjara termal diffuziyasini cheklash va vaqtinchalik yutilish ta'siri). 1 kHz chastotali ko'p{6}}impulsli nurlanishda sezilarli kumulyativ ta'sir mavjud bo'lib, impulslar soni ortishi bilan zarar eshigi pasayadi va morfologik zarar yomonlashadi. Garchi TTM material nuqsonlari, fazalar o'zgarishi dinamikasi (masalan, bug'lanish) va mexanik ta'sirlar (issiqlik kuchlanishi kabi)ni e'tiborsiz qoldirish tufayli mutlaq eksperimental qiymatlarni to'liq takrorlamasa ham, u hali ham tuzilgan metall plyonkalar va ultratezkor lazerlar o'rtasidagi o'zaro ta'sir uchun yagona analitik asosni ta'minlaydi. Topilmalar yuqori quvvatli lazer tizimlari va aniq optik komponentlarning chidamliligini oshirish, aerokosmik va sanoat lazerni qayta ishlashda lazerdan himoya qilishni loyihalash uchun muhim qoʻllanma boʻlib, lazerga chidamli plyonkalar-materiallari va tuzilmalarini optimallashtirish uchun asosiy dalillarni taqdim etadi.
