王 斌,邓 超,江修娥,潘云香,莫绪涛

(1.安徽工业大学数理科学与工程学院,安徽 马鞍山 243032;2.南京理工大学理学院,江苏 南京 210094)

1 引 言

随着高功率激光器输出能量密度的不断提高,光学元件的抗损伤能力成为提高激光器输出能量密度的制约因素。20世纪70年代以来,很多学者致力于激光诱导透明光学元件损伤的研究,发现通过实验测试材料的损伤阈值常低于理论阈值[1]。为此,人们提出了多个模型来解释这种现象,这些模型包括加热杂质模型[2]、色心模型[3-4],热电子碰撞电离模型[5]和多光子电离模型[3]等。其中,加热杂质模型是解释材料损伤的典型模型,它最初由Hopper提出,用于解释光学玻璃激光损伤[6]。后来,加热杂质模型较多地应用于薄膜激光损伤的解释[7-8]。该模型假设材料中存在一定密度的杂质。其主要原因是:这些杂质的吸收系数大,在脉冲激光的照射下迅速升温,使周围的温度瞬间高于熔点或沸点,这样就在杂质周围形成高温微腔,且该微腔的范围在热传导作用下不断扩大；另外,材料内部温度的不均匀分布使材料发生不同程度的热膨胀,不可避免有某些部分材料的膨胀受到阻碍从而产生热应力[9]。当材料中温度大于熔点或应力超过拉伸/压缩强度时,材料就发生破坏[10]。因此,在激光损伤光学元件的过程中热吸收温度和应力效应是激光损伤材料的主要机制[11]。

由于材料内部杂质的形状、大小各异,为了对损伤形貌、损伤机理进行深入地理解,人们研究了包含已知性质的加热杂质模型,如在研究薄膜损伤和玻璃损伤时假设杂质的形状为球形[12]或圆柱形[7]；……