磷酸盐激光钕玻璃存储寿命预估及评定方法

本发明涉及光学元件的存储，特别是磷酸盐激光钕玻璃的存储寿命预估及评定方法。

背景技术：

1、磷酸盐激光钕玻璃元件作为高功率激光装置的增益介质而被广泛应用。目前世界上在建的最大的高功率激光装置——神光iii装置对磷酸盐激光钕玻璃元件的需求数量达五千余片，整个装置的工程周期长达十余年。磷酸盐激光钕玻璃元件具有质地较软、易潮解等特殊的物理性质。所以，磷酸盐激光钕玻璃元件必须储存在小于5％的相对湿度的干燥箱中。但是神光iii高功率激光装置项目中自第一片磷酸盐激光钕玻璃元件生产完成至最终一片钕玻璃元件生产完成，元件的存储周期长达十余年。因此，如何评估现有磷酸盐激光钕玻璃元件的存储寿命，进而保证工程周期内磷酸盐激光钕玻璃元件性能不失效是非常重要需要问题。

2、目前，还没有见到国内外关于磷酸盐激光钕玻璃元件的存储寿命预估及评定方法的相关研究，本发明提出磷酸盐激光钕玻璃元件的存储寿命预估及评定方法，能够便捷有效的判断现有存储条件下磷酸盐激光钕玻璃元件的存储寿命，这对于保障磷酸盐激光钕玻璃元件的稳定供应具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种磷酸盐激光钕玻璃元件的存储寿命预估及评定方法，本发明从影响磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命的环境条件出发，确定了的耦合温度和湿度参数的环境参数加速模型，并开展磷酸盐激光钕玻璃元件的环境参数加速实验。本发明具有操作简单、高效快速的特点，有效评估现有存储条件下磷酸盐激光钕玻璃元件的存储寿命，缩短试验时间，降低试验成本。同时为未来新存储条件下的寿命预估提供技术支撑。

2、本发明的技术解决方案如下：

3、磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命预估及评定方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

4、a)待存储磷酸盐激光钕玻璃元件的取样并检测：

5、制备与待存储磷酸盐激光钕玻璃元件同源同类型的小尺寸样品，编号为x1,..,xn；

6、检测各小尺寸样品的初始透过率tbi(i＝1,..,n)、初始表面形貌均方根值sbi(i＝1,..,n)、初始表面粗糙度rqbi(i＝1,..,n)并记录初始包边ebi(i＝1,..,n)情况，各测量位置作好标记；

7、b)确定影响磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命的加速模型和测试参数：

8、根据磷酸盐激光钕玻璃元件存储的环境要求，包括温度参数和湿度参数，确定环境参数加速模型为

9、

10、其中，af为环境加速因子，ea为磷酸盐激光钕玻璃元件的活化能，k为玻尔兹曼常数，磷酸盐激光钕玻璃元件要求的存储参数温度为tu，湿度为rhu，环境加速参数模型中测试参数温度为ts，湿度为rhs；

11、根据磷酸盐激光钕玻璃元件图纸的存储条件要求(温度tu，湿度rhu)和加速因子的约束条件，确定环境参数加速模型的测试参数(温度ts和湿度rhs)；

12、c)开展磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命的环境参数加速实验：

13、根据确定的环境参数加速模型及测试参数，将小尺寸样品放入恒温恒湿试验箱(温度参数为ts，湿度rhs)中，进行不同时长的静置，开展磷酸盐激光钕玻璃元件存储的环境参数加速实验。各小尺寸样品x1,..,xn对应的测试时长t分别为t1,...,tn。

14、d)环境参数加速实验后元件性能测试：

15、对于已完成环境参数加速实验的小尺寸样品，在步骤a)中的各标记位置，分别测试各小尺寸磷酸盐激光钕玻璃元件的包边情况和透过率表面形貌均方根值表面粗糙度的性能情况。

16、e)磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命的评定：

17、针对要求的存储环境参数(温度为tu，湿度为rhu)和测试环境参数(温度为ts，湿度为rhs)，通过对比不同测试时长下元件性能变化，预估现有存储条件下磷酸盐激光钕玻璃元件的存储寿命，具体方法如下：

18、定义磷酸盐激光钕玻璃元件性能的失效情况，如果样品的包边无变化，各项指标透过率粗糙度表面形貌均方根值则认为该样品无失效。其中包边情况的测试条件为检验人员在暗场强光(光照强度600～900lx，检验角度30～60°)条件下目视包边界面检测，透过率的测试条件为1053nm波长下磷酸盐激光钕玻璃元件单位厚度的透过率,粗糙度的测试条件为面形起伏的平均值，表面形貌的测试条件为面形起伏的均方根值；

19、在样品无失效的情况下，最大测试时长乘以环境加速因子即为该存储条件下磷酸盐激光钕玻璃元件的存储寿命。即在测试环境参数(温度为ts，湿度为rhs)下，如果在测试时长t下磷酸盐激光钕玻璃元件无失效，则认为磷酸盐激光钕玻璃元件在存储环境参数(温度为tu，湿度为rhu)下寿命为af*t；

20、所述的磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命预估及评定方法，其特征在于：磷酸盐激光钕玻璃元件的环境参数加速实验的环境为千级洁净，环境参数加速实验中进行不同的测试时长(t＝t1,...,tn)范围为0.5～5小时。

21、所述的磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命预估及评定方法，其特征在于：环境参数加速模型中测试参数的选择依据为，根据磷酸盐激光钕玻璃的存储寿命life要求和图纸上的存储条件(温度为tu，湿度为rhu)要求，同时受限于磷酸盐激光钕玻璃材料的碎裂温度tc限制和环境参数的测试时长t限制，环境参数加速模型中参数选择：af≤life/(10t)且ts≤tc。

22、所述的磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命预估及评定方法，其特征在于：磷酸盐激光钕玻璃元件透过率的测试设备为分光光度计，磷酸盐激光钕玻璃元件表面形貌测试的设备为数字化激光平面干涉仪，磷酸盐激光钕玻璃元件表面粗糙度的测试设备为白光轮廓仪或原子力显微镜。

23、所述的磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命预估及评定方法，其特征在于：待存储磷酸盐激光钕玻璃元件的外形尺寸为l×w×h，单位为mm，四周带包边玻璃，其同源同类型的小尺寸样品的外形尺寸不大于ls×ws×h，单位为mm，至少一条边带包边玻璃。

24、所述的磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命预估及评定方法，其特征在于：磷酸盐激光钕玻璃元件小尺寸样品的外形尺寸ls×ws为原外形尺寸l×w的八分之一至四分之一，数量n为5～10。

25、本发明的技术效果如下：

26、本发明关于磷酸盐激光钕玻璃元件的存储寿命预估及评定方法，首次提出将耦合温度和湿度条件的环境参数加速模型应用于磷酸盐激光钕玻璃元件的存储寿命预估。通过加速参数选择，满足不同存储条件下磷酸盐激光钕玻璃的寿命预估，为新存储条件下的寿命预估提供技术支撑。

技术特征：

1.磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命预估及评定方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

2.根据权利要求1所述的磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命预估及评定方法，其特征在于：磷酸盐激光钕玻璃元件的环境参数加速实验的环境为千级洁净，环境参数加速实验中进行不同的测试时长(t＝t1,...,tn)范围为0.5～5小时。

3.根据权利要求1所述的磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命预估及评定方法，其特征在于：环境参数加速模型中测试参数的选择依据为，根据磷酸盐激光钕玻璃的存储寿命life要求和图纸上的存储条件(温度为tu，湿度为rhu)要求，同时受限于磷酸盐激光钕玻璃材料的碎裂温度tc限制和环境参数的测试时长t限制，环境参数加速模型中参数选择：af≤life/(10t)且ts≤tc。

4.根据权利要求1所述的磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命预估及评定方法，其特征在于：磷酸盐激光钕玻璃元件透过率的测试设备为分光光度计，磷酸盐激光钕玻璃元件表面形貌测试的设备为数字化激光平面干涉仪，磷酸盐激光钕玻璃元件表面粗糙度的测试设备为白光轮廓仪或原子力显微镜。

5.根据权利要求1所述的磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命预估及评定方法，其特征在于：待存储磷酸盐激光钕玻璃元件的外形尺寸为l×w×h，单位为mm，四周带包边玻璃，其同源同类型的小尺寸样品的外形尺寸不大于ls×ws×h，单位为mm，至少一条边带包边玻璃。

6.根据权利要求5所述的磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命预估及评定方法，其特征在于：磷酸盐激光钕玻璃元件小尺寸样品的外形尺寸ls×ws为原外形尺寸l×w的八分之一至四分之一，数量n为5～10。

技术总结磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命预估及评定方法，包括：待存储磷酸盐激光钕玻璃元件的取样并测试；确定影响磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命的加速模型；开展磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命的环境参数加速实验；环境参数加速实验后元件性能测试；磷酸盐激光钕玻璃元件存储寿命的评定。本发明中存储寿命预估及评定方法在寿命影响条件下对磷酸盐激光钕玻璃元件进行环境加速，可以便捷有效评估现有存储条件下磷酸盐激光钕玻璃元件的存储寿命，缩短试验时间，降低试验成本，同时为未来新存储条件下的寿命预估提供技术支撑。技术研发人员：陈军,徐学科,顿爱欢,张建国,周天,邵建达受保护的技术使用者：中国科学院上海光学精密机械研究所技术研发日：技术公布日：2024/1/15