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申请/专利权人：大连理工大学

摘要：本发明公开了一种结合缺陷增长的光学元件激光多脉冲损伤预测方法，属于光学元件激光损伤预测领域。本发明的实现方法为：标定光学元件原始材料参数；对光学元件展开激光辐照实验，测量其吸收性缺陷含量的变化；建立光学元件的激光辐照缺陷增殖模型；运用有限元方法计算激光辐照光学元件的过程，并依照缺陷增殖模型更新元件吸收性能；根据有限元模型计算得到的温度、应力等结果输出光学元件的寿命。本发明通过检测光学元件激光辐照前后缺陷含量的变化结果，建立光学元件的缺陷增殖模型，可以快速高效的确定特定激光参数作用下光学元件的缺陷演化规律；本发明有效解决了传统光学元件激光损伤预测中测试周期长、测试代价大的问题。

主权项：1.一种结合缺陷增长的光学元件多脉冲损伤预测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：标定光学元件辐照前的吸收系数α、弹性模量E、泊松比ν、热导率k、热膨胀系数γ，作为激光辐照光学元件热力分析有限元模型的初始输入；步骤二：采用不同激光参数对光学元件展开激光辐照实验，并测量光学元件辐照过程中结构缺陷含量的变化；所述激光参数为激光功率P、频率f和辐照时间t；所述结构缺陷含量通过光致发光测试得到的荧光光谱确定；步骤三：根据所述激光参数和获得的结构缺陷含量的变化结果，建立光学元件的缺陷增殖模型，确定激光作用下，光学元件内部缺陷含量的演化规律；所述光学元件的缺陷增殖模型是基于光学元件内部的化学键断裂过程建立的，通过激光功率、频率和辐照时间以及光学元件的初始缺陷含量确定光学元件内部化学键生成或断裂的速率，从而确定光学元件在激光辐照下化学键断裂产生缺陷的过程，得到光学元件的缺陷增殖模型，所述缺陷增殖模型为： 其中，n为缺陷含量，N为脉冲次数，τ为脉冲宽度，nmax为辐照区域参与反应的结构总量，n0为初始缺陷含量，A为频率因子，Eb为原始结构断裂产生缺陷的活化能，Ea为缺陷恢复为原始结构的活化能，σ为应力大小，V为缺陷生成的激光体积，R为气体摩尔常数，T为温度，tg为脉冲间隔，t0为缺陷恢复时间常数；步骤四：在步骤三建立的缺陷增殖模型的基础上，结合光学元件缺陷含量n与吸收系数α的关系，采用待预测工况的激光参数进行激光辐照光学元件温度与应力的计算，获得激光辐照光学元件过程中温度、应力的变化结果；所述缺陷含量n与吸收系数α之间存在以下线性关系：α＝kn+b其中k和b由缺陷的种类决定，并采用激光辐照光学元件多脉冲过程的有限元模型计算脉冲过程光学元件的温度、应力与缺陷的耦合演化过程，获得激光作用过程的温度、应力变化结果；步骤五：根据计算得到的温度和应力的结果，确定光学元件出现激光损伤的脉冲次数，并输出光学元件寿命；所述光学元件寿命是通过缺陷激光辐照区域的温度或应力是否达到临界条件得到的，由于考虑缺陷增殖的过程，在多脉冲激光辐照过程中光学元件对激光能量的吸收不断增加，存在一个临界的吸收系数，使光学元件出现损伤，所述达到临界吸收系数时对应的脉冲次数，即为光学元件寿命。

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