激光辐照光学材料热力效应的解析计算和损伤评估

光学元件的损伤是高功率激光技术发展的一个瓶颈,为此以连续CO2激光辐照K9玻璃为例,研究了连续激光辐照光学材料的热力损伤机理。通过积分变换方法,求解热传导和热弹性力学方程组,由此得到激光辐照引起的温度场和热应力场的瞬态分布。研究中发现在高斯光束作用下,热扩散长度的概念不再适用,因此通过曲线拟合方法,推导出最大热应力的位置与辐照时间的关系,并由此计算出材料的损伤阈值。由于K9玻璃的应力损伤阈值小于熔融损伤阈值,因此当激光作用引起的环向热应力大于材料的抗拉强度时,材料发生永久性损伤,损伤形态为拉伸解理。将理论模型的相关结论与实验结果相对比,两者吻合得很好。