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张圣斌博士答辩公告

发布时间:2017-10-10浏览次数:521作者:来源:机电学院供图:审核:
答辩博士：张圣斌
指导老师：左敦稳教授
论文题目：金刚石/V2O5涂层的制备及其激光限幅性能研究
答辩委员会：
主 席： 汤文成  教授/博导    东南大学
委 员： 李  迎  教授/博导    南京理工大学
         孙序泉  研究员       南京数控机床有限公司
         张  琦  教授/博导    解放军理工大学
         左敦稳  教授/博导    南京航空航天大学
         朱永伟  教授/博导    南京航空航天大学
         卢文壮  教授/博导    南京航空航天大学
秘 书： 李  军  副教授/硕导  南京航空航天大学
时 间：2017年10月13日15:00
地 点：南航明故宫校区A15-B327
 
学位论文简介：
    本文首次采用光学单晶金刚石为衬底镀制V2O5涂层，对涂层的微观结构、组织成分、激光限幅性能及抗激光加固技术进行了测试研究，完成了以金刚石为衬底的V2O5涂层的工艺探索和改进，并在此基础上，针对涉及可见光和近红外光的宽波段激光限幅，研发了基于热致相变效应和基于非线性散射效应的复合激光限幅结构。具体的研究内容及成果如下：
    （1）金刚石衬底/ V2O5涂层的膜系设计
针对近红外波段的单一波长（1064nm），建立了金刚石衬底/ V2O5涂层膜系的数学模型，采用吸收膜的特征矩阵法对其理论透射率进行计算，并采用Matlab软件编程求解获得了最佳的涂层厚度范围为250nm-400nm。
    （2）射频磁控溅射法制备V2O5涂层工艺研究
采用了不同的工艺参数，利用射频磁控溅射法制备了V2O5涂层；搭建了激光限幅性能测试平台；研究了不同衬底材料、氧氩流量比、衬底温度、溅射时间等条件下涂层微观结构、组织成分、光电特性及抗激光损伤性能，实现了对V2O5涂层制备工艺的探索和改进。
    （3）V2O5涂层的抗激光加固技术研究
建立了氧化钒涂层分层理论模型，采用了衬底的低损伤抛光技术和涂层的分层制备技术，显著提升了V2O5涂层在近红外波段的激光损伤阈值，并有效改善了V2O5涂层的激光限幅性能，实现了V2O5涂层激光限幅性能的加固。
    （4）基于非线性散射效应的碳纳米管光限幅性能研究
采用了米氏散射理论对碳纳米管的苯和乙醇悬浮液的散射性能、透过率进行了数值模拟和理论分析，给出了计算悬浮液透过率的表达式，并给出了悬浮液散射性能、透过率随着微粒尺寸、样品的厚度、微气泡浓度的变化规律：（a）碳纳米管乙醇悬浮液的光限幅性能要优于苯悬浮液的光限幅性能；（b）随着微粒尺寸的增大，散射光能量逐渐增强，且后向散射逐渐变为零，散射光强主要集中在前向小角度范围内；（c）增加样品厚度和微粒的浓度可以显著的提高碳纳米管悬浮液的光限幅性能。
    （5）宽波段复合激光限幅技术研究
将非线性散射效应和热致相变效应相结合，设计了由碳纳米管悬浮液和V2O5涂层所组成的复合激光限幅结构，并对结构的激光限幅性能进行了仿真分析：在可见光和近红外光波段均表现出良好的光学突变特性，能很好适应高衰减度、宽波段激光限幅窗口的发展需求。 
 
主要创新点：
    1. 提出在光学单晶金刚石衬底上镀制V2O5涂层以实现激光限幅的研究思路：通过对不同工艺参数下涂层微观结构、组织成分、光电特性及抗激光损伤性能的测试研究，实现了涂层的制备工艺探索和改进，显著提升了金刚石衬底/ V2O5涂层在近红外波段的激光限幅性能和损伤阈值。
    2. 提出激光辐照下V2O5涂层温度场的分层理论模型，推导了V2O5涂层的温度场随时间变化的数学关系，计算得到的涂层相变时间与实测数据一致性好，从微观层面上解释了V2O5涂层的相变机理。
    3. 首次采用衬底的低损伤抛光技术与涂层的分层制备技术，显著提升了V2O5涂层在1064nm波段的激光损伤阈值，并有效改善了V2O5涂层的激光限幅性能，实现了V2O5涂层激光限幅的加固。
    4. 首次将热致相变效应与非线性散射效应相结合，设计并研发了由碳纳米管乙醇悬浮液和金刚石衬底/ V2O5涂层所组成的复合激光限幅结构，有效提升了可见光和近红外光波段对来袭强激光的限幅性能，为高衰减度、宽波段激光限幅窗口的研制打下了坚实的理论基础。

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