從熱傳導(dǎo)方程和熱彈性方程出發(fā),基于EasyLaser仿真軟件,對(duì)激光輻照Si反射鏡、SiO₂窗口鏡溫度分布和熱相差進(jìn)行了模擬計(jì)算,比較了相同吸收的情形下,兩種元件溫升、熱相差分布的時(shí)間、空間特性,并開(kāi)展光-熱-力控制多物理耦合仿真,比較了激光輻照Si反射鏡、SiO₂窗口鏡熱效應(yīng)對(duì)激光傳輸遠(yuǎn)場(chǎng)特性影響和自適應(yīng)光學(xué)校正效果。仿真結(jié)果表明,由于SiO₂窗口鏡導(dǎo)熱性能差,熱相差隨激光輻照時(shí)間的增加而線(xiàn)性增加,其分布與輻照激光光斑空間分布相似,且在激光輻照停止后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍然存在;而Si反射鏡導(dǎo)熱性能好,溫度分布在較短時(shí)間內(nèi)勻化導(dǎo)致溫度梯度小,熱相差先快速、后緩慢增加,在激光輻照停止后熱效應(yīng)的影響很快消退。實(shí)驗(yàn)光斑強(qiáng)度的空間分布,對(duì)兩種元件熱效應(yīng)的影響不同:對(duì)于SiO₂窗口鏡,其熱相差的高空間頻率成分增加,嚴(yán)重影響激光光束遠(yuǎn)場(chǎng)傳輸與自適應(yīng)光學(xué)校正效果,而Si反射鏡熱導(dǎo)率大,受到的影響較小。 

【文章來(lái)源】：光學(xué)學(xué)報(bào). 2020,40(20)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

Si反射鏡溫升分布。

SiO2材料的熱導(dǎo)率比Si材料約小2個(gè)量級(jí),當(dāng)受到激光輻照時(shí),SiO2熱擴(kuò)散很慢,20 s的擴(kuò)散長(zhǎng)度約為0.8 cm,導(dǎo)致SiO2溫升隨輻照時(shí)間增長(zhǎng)近似線(xiàn)性增加,且溫升分布與輻照激光光斑分布相似。即使激光停止輻照后,在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi),溫升分布仍然與輻照激光分布相似,如圖3所示。SiO2窗口鏡表面、體吸收的不同處主要表現(xiàn)在表面最大溫升隨時(shí)間變化不同:只考慮面吸收時(shí),表面溫升較高,但是激光停止輻照后,表面溫度下降很快;以體吸收為主時(shí),表面最大溫升較低,激光停止輻照后,表面溫度下降較慢。SiO2窗口鏡的熱相差包括表面變形與熱光效應(yīng)兩部分,當(dāng)激光的總吸收率相同時(shí),熱相差RMS相近,如圖4所示。

采用光束控制多物理耦合仿真分析軟件EasyLaser搭建元件熱分析及自適應(yīng)光學(xué)校正仿真光路,并設(shè)置光路中元件的總吸收率相同,仿真中主要分析Si反射鏡、SiO2窗口鏡熱效應(yīng)對(duì)光束傳輸與自適應(yīng)光學(xué)校正的影響,不考慮其他光學(xué)元件和激光傳輸光路中氣體熱效應(yīng)。圖5(a)光路中只考慮Si反射鏡熱效應(yīng),共有5塊反射鏡,每個(gè)反射鏡表面吸收率均為200×10-6,激光入射角度均為22.5°;圖5(b)光路中只考慮SiO2窗口鏡熱效應(yīng),窗口鏡總吸收率為1000×10-6,激光入射角度均為0°。兩個(gè)光路中元件大小與前文相同。圖4 SiO2窗口鏡熱效應(yīng)的時(shí)間變化。

【參考文獻(xiàn)】：
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