【摘要】：光學(xué)材料在現(xiàn)在科學(xué)研究中越來越受關(guān)注,其中熔石英材料的表面研究的應(yīng)用領(lǐng)域更是非常寬廣。作為激光慣性約束聚變實驗裝置中非常重要的光學(xué)元件,熔石英光學(xué)元件的抗損傷能力和對光速質(zhì)量的影響至關(guān)重要。本課題著重研究了激光輻照熔石英材料的動力學(xué)過程,討論了激光輻照過程中熔石英非晶材料微觀結(jié)構(gòu)的變化,以及表面缺陷的類型和尺寸對熔石英材料微觀結(jié)構(gòu)變化的影響。具體給出了熔石英原子鍵長、鍵角、組成原子的配位數(shù)等微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)隨激光參數(shù)、缺陷類型和尺寸的演化規(guī)律。同時進行了紫外激光對光學(xué)元件材料性能影響的理論分析,為提高激光慣性約束聚變裝置中光學(xué)元件的負載能力提供理論基礎(chǔ)。本文研究的主要內(nèi)容及結(jié)論如下:1.熔石英非晶結(jié)構(gòu)的建立。即通過Materials Studio建立二氧化硅晶體結(jié)構(gòu),基于熔石英生成的實驗過程,利用分子動力學(xué)軟件DL_POLY計算模擬得到熔石英非晶結(jié)構(gòu)。2.激光輻照熔石英動力學(xué)過程計算程序的建立。構(gòu)建激光加載的分子動力學(xué)模型和熔石英表面缺陷模型(立方體、圓錐體、半球體、圓柱體),建立研究激光輻照熔石英分子動力學(xué)過程研究的LAMMPS程序。3.利用以上所建立熔石英結(jié)構(gòu)模型和LAMMPS分子動力學(xué)程序,進行了激光輻照理想熔石英結(jié)構(gòu)動力學(xué)過程的計算模擬。獲得了輻照后表征熔石英微觀結(jié)構(gòu)的參數(shù)(鍵長、鍵角、配位數(shù)等),分析了不同激光輻照參數(shù)對理想熔石英微觀結(jié)構(gòu)的影響。4.利用以上所建立的含缺陷熔石英結(jié)構(gòu)和LAMMPS分子動力學(xué)程序,進行了激光輻照含缺陷熔石英結(jié)構(gòu)分子動力學(xué)過程的計算模擬。討論了在相同參數(shù)的激光輻照下,立方體缺陷、圓錐體缺陷、半球體缺陷和圓柱體缺陷四種不同缺陷的結(jié)構(gòu)的存在對熔石英原子結(jié)構(gòu)排列的影響。5.改變?nèi)凼⒈砻娌煌毕莩叽?研究激光輻照對熔石英微觀結(jié)構(gòu)的變化的影響。6.從理論的角度上,分析激光輻照對熔石英結(jié)構(gòu)以及性能和抗損傷能力的影響。為提高激光慣性約束聚變裝置中光學(xué)元件的負載能力提供理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O561
【圖文】：

再通過缺陷情況進行分數(shù)檢測，具體的工藝流程如圖1-4 所示。圖 1-4 熔石英使用工序流程圖[66]其中，HF 酸刻蝕工藝在實際的實際過程中還比較復(fù)雜，要細分的操作繁多，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，根據(jù)需求進行各個實驗數(shù)值的測試，如果不符合要求，剛需要再增加刻蝕的時間，符合要求才進入到下一步的處理過程中，加入紫外激光掃描，進行一個預(yù)處理操作，其中涉及的流程已由圖 1-5 給出。圖 1-5 HF 酸刻蝕工藝流程圖[66]熔石英的材料的應(yīng)用在現(xiàn)實生活中比較廣泛，隨著社會的不斷進步，研究手段的不斷更新，市場的需求也不斷的增大，因此，人們就想到了通過抑制損傷增長來充分的利用原材料。目前，改善熔石英表面損傷的手段也有很多[58-70]，很多的研究方法隨著探索的深入較為成熟。戴威等人對熔石英修復(fù)參數(shù)進行了仔細的量化實驗[56]，波前畸變以及殘余應(yīng)力的控制是 CO2激光修復(fù)方法過程的難點，主要通過溫控退火手段去除應(yīng)力作用[71]。田野等人采用了分子動力學(xué)模擬和反應(yīng)力場的組合方式，探索了紫外激光輻照熔融 SiO2的微觀結(jié)構(gòu)以及

6圖 1-5 HF 酸刻蝕工藝流程圖[66]英的材料的應(yīng)用在現(xiàn)實生活中比較廣泛，隨著社會的不斷進步更新，市場的需求也不斷的增大，因此，人們就想到了通過抑的利用原材料。目前，改善熔石英表面損傷的手段也有很多[5法隨著探索的深入較為成熟。戴威等人對熔石英修復(fù)參數(shù)進行[56]，波前畸變以及殘余應(yīng)力的控制是 CO2激光修復(fù)方法過程的控退火手段去除應(yīng)力作用[71]。等人采用了分子動力學(xué)模擬和反應(yīng)力場的組合方式，探索了紫iO2的微觀結(jié)構(gòu)以及熱學(xué)、力學(xué)性質(zhì)的演化[72]。通過激光激發(fā)的

(a) (b)圖 3-1 原子構(gòu)型的石英晶體三維結(jié)構(gòu)。(a)xoy 平面的結(jié)構(gòu)；(b)xoz 平面的結(jié)構(gòu)圖 3-1 中原子構(gòu)型的石英晶體代入分子動力學(xué)模擬軟件包 DL_POLY 中，熔石英的制備。首先將體系的初始溫度設(shè)置為 6000K，對二氧化硅晶體處理，使其熔融、弛豫，再將體系的初始溫度依次降低到 300K，在 DL_PO分析，將生成的結(jié)構(gòu)模型在 VESTA 中進行可視化，如圖 3-2 所示。

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