[发明专利]一种考虑应力集中的脆性材料光学元件激光毁伤评判方法

权利要求书

1.一种考虑应力集中的脆性材料光学元件激光毁伤评判方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.确定强激光辐照目标靶材元件类型，对于脆性光学材料，获得其断裂强度参量；

步骤2.采用显微镜对光学元件表面或亚表面缺陷点形貌和尺寸进行检测，获得缺陷点的横向尺寸w和纵向尺寸d；

步骤3.确定靶激光功率密度，并确定激光波长和辐照时间，对于脉冲激光，进一步确定脉冲宽度和频率；

步骤4.基于光学和热力学理论，建立缺陷结构诱导光学材料内部应力集中的仿真模型，对比分析激光作用区域内不同形状和尺寸的缺陷结构所引起应力大小；

步骤5.选取脆性光学材料内部应力最大的数值与材料断裂强度参量对比，根据脆性材料断裂准则，评判该激光参数辐照下元件毁伤失效状态。

2.如权利要求1所述的考虑应力集中的脆性材料光学元件激光毁伤评判方法，其特征在于，步骤1中，脆性光学材料的断裂强度参量通过理论或者实验获得。

3.如权利要求2所述的考虑应力集中的脆性材料光学元件激光毁伤评判方法，其特征在于，步骤3中，靶激光功率密度通过激光大气传输理论或实验获得。

4.如权利要求3所述的考虑应力集中的脆性材料光学元件激光毁伤评判方法，其特征在于，步骤4包括以下子步骤：

4.1、光学元件缺陷周围能量密度分布求解；

4.2、光学元件缺陷周围温度分布求解；

4.3、光学元件缺陷周围应力分布求解。

5.如权利要求4所述的考虑应力集中的脆性材料光学元件激光毁伤评判方法，其特征在于，步骤4.1中，基于元件缺陷远小于激光光斑尺寸，缺陷区域激光简化为均匀时谐平面电磁波作为入射激励，激发电磁波在元件内部的传输方程为：

式中，E代表电场强度矢量，k为波矢量，ε_r为光学元件相对介电常数；

强激光在光学元件内部传输时能量聚集的光强I与电场强度模量平方|E|²成正比，根据靶激光功率密度获得光学元件缺陷周围能量密度分布。

6.如权利要求5所述的考虑应力集中的脆性材料光学元件激光毁伤评判方法，其特征在于，步骤4.2中，以缺陷周围光强能量密度分布为输入，结合光学材料热吸收特性，求解热传导方程：

其中，ρ为材料密度，T为温度，k_T为热传导系数，α(T)为随温度变化的热吸收系数；

将上述方程求解，获得光学元件缺陷附近温度分布。

7.如权利要求6所述的考虑应力集中的脆性材料光学元件激光毁伤评判方法，其特征在于，步骤4.3中，元件内部不均匀温度分布引起元件局部膨胀，激发瞬态位移场；对于热弹性体材料，采用Navier函数来描述；根据材料本构方程，求解光学元件缺陷附近应力分布。

8.一种基于权利要求1-7中任一项所述的考虑应力集中的脆性材料光学元件激光毁伤评判方法在激光毁伤技术领域中的应用。