全内反射照明状态与亚表面损伤可见度的研究(2)
在高功率激光核聚变装置以及各种大型高功率激光系统中，光学元件的使用时必不可少的。如位于加州劳伦斯里弗莫尔国家实验室的美国国家点火装置（NIF），激光器由192个激光束组成，每个光束在发射约300m后同时汇聚到一个球体的中心[1]（约0.5cm的靶上）。虽然激光系统向低温靶室发射1MJ激光能量，但仍未成功点火美国“国家点火装置”（NIF）[2]，其中光学元件是不容忽视的因素。
整个激光系统中各种光学元件对激光的抗损伤能力决定着系统的运行性能，这限制了激光器功率密度的提高[3]。在强激光系统中，元件的亚表面损伤会引起场破坏、热破坏和场面机械能的弱化。热破坏限制了系统的最大输出功率，而机械性能的弱化则给系统的使用安全和使用寿命造成潜在的影响。
此外，地对空光学观测、高能激光武器以及天文望远镜等一系列军用和民用设备在当今时代背景下也需要发展和提高。举例来说，天文望远镜已成为人类探索外层空间和扩展对宇宙和地球认识的不可缺少的手段。大气外层空间是地球稠密大气层之外的空间领域，实践证明，与地面同类观测相比，空间光学观测的优越性是不可比拟的。因此，各空间大国纷纷投入人力、物力和财力大力发展这一领域，并视其为先进科技国家的重要标志。天文望远镜则是人类进行空间光学测量的重要工具，随着现代天文学技术的不断发展，天文望远镜性能的改变和提高，把人类的视野伸展到了遥远的宇宙空间，为人类更好的认识宇宙提供了基础。
光学元件系统在天文望远镜中也有广泛应用，光学元件的精确测量显得尤为重要，将直接影响光学仪器技术性能的发挥甚至是仪器的正常使用，如果稍有偏差和微小误差就会导致不可预计的损失。以哈勃空间望远镜为例，美国宇航局（NASA）于1990年4月25日将哈勃（Hubble）太空望远镜发射升空，开辟了空间光学观测的新时代。但在发射升空数星期后，从哈勃望远镜获得的图片存在严重的问题，图像品质远低于当初的期望，经检查后发现，这一问题的原因是望远镜的主镜片存在亚表面损伤，导致主镜聚焦系统模糊，为此对望远镜进行了连续5天的太空修复，为此付出了巨额的修理费用。[2]因此，光学元件亚表面损伤的高效率检测与去除已成为相关领域迫切需要解决的问题。我国目前在该领域的研究主要集中在高功率激光领域和研磨抛光过程中出现的亚表面损伤的测量。亚表面裂痕的测量，特别是使用非破坏性测量亚表面裂痕的技术有待进一步研究和开发，并尽可能向更加精确化、自动化的方向发展。
图1.1 NIF基础平面结构图
图1.2 哈勃空间望远镜
1.2 国内外发展现状及趋势
1.2.1 亚表面损伤产生的原理
1.3 本篇论文的主要研究内容
亚表面损伤的存在严重影响着光学在国防、航空、民用等方面的应用。因此，对光学元件亚表面损伤的控制成为相关领域一项至关重要的技术。本文针对光学元件亚表面损伤的特点，采用了基于光的全内反射原理测量光学元件亚表面损伤的测量方法。通过光学元件的表面粗糙度预测出亚表面损伤的尺寸大小，与全内反射测量方法所得的实验结果比较。基于此本论文主要研究内容包括：
1、亚表面损伤测量方法的分析：首先介绍了亚表面损伤产生的机理，然后对测量亚表面损伤的多种方法进行了介绍，并对比了他们的优缺点。
2、全内反射技术的分析：对全内反射（TIRM）技术测量亚表面损伤的装置结构进行了介绍，并通过公式分析了全内反射测量亚表面损伤原理和现象。
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