一种石英玻璃多源辐照的加速退化评估方法及系统与流程

本发明涉及光学材料辐照，尤其涉及一种石英玻璃多源辐照的加速退化评估方法及系统。

背景技术：

1、近年来，随着高功率空间激光载荷、星载成像与对地探测等空间任务的快速发展，空间光学系统对石英玻璃等关键光学材料的辐照稳定性与服役可靠性提出了更高要求。此外，传统方法试验流程分散、表征手段单一、等效校准环节缺失，往往需要耗费大量时间和成本才能获得有限的退化数据，已难以满足新一代空间激光系统和防护光学元件对高效、精确服役评价与快速筛选的工程需求。

2、公告号为cn115933016b的中国专利公开一种伽马射线辐照增强化学膜提升激光损伤阈值的方法，所述方法包括：首先对化学膜样品进行不同剂量的伽马射线辐照；然后测得不同剂量辐照下化学膜的硬度和激光损伤阈值，从而获得辐照剂量硬度关系曲线和辐照剂量激光损伤阈值关系曲线，以确定化学膜辐照所需的最佳剂量；最后采用最佳辐照剂量对同工艺化学膜进行伽马射线辐照硬化处理。但是上述方案仅针对单一伽马辐照与化学膜激光损伤阈值之间的关系进行优化，未考虑多种辐照源协同作用下的退化过程，难以真实反映空间复杂辐照环境中石英玻璃材料的失效机理，导致退化评估结果准确性不足。因此，提供一种石英玻璃多源辐照的加速退化评估方法及系统，来提升光学材料退化评估结果的准确性，是非常有必要的。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种石英玻璃多源辐照的加速退化评估方法及系统，有助于提升光学材料退化评估结果的准确性。

2、本发明提供了一种石英玻璃多源辐照的加速退化评估方法，所述方法包括：

3、将待测石英玻璃样品进行分类，并对不同种类的待测石英玻璃样品分别进行基线表征，以获取每一待测石英玻璃样品的初始状态向量；

4、根据所述待测石英玻璃样品在真实空间服役条件中的多源耦合环境，构建与所述多源耦合环境对应的等效时序加载路径，其中，多源耦合环境包括伽马射线辐照、高重频激光辐照、真空工况以及热循环工况；

5、根据所述等效时序加载路径对所述待测石英玻璃样品依次施加伽马射线辐照和高重频激光辐照，并在所述等效时序加载路径中的中间节点对所述待测石英玻璃样品进行中间多模态表征，以获取中间多模态向量；

6、基于所述初始状态向量和所述中间多模态向量，构建等效耦合损伤因子和联合失效判据；

7、基于所述等效耦合损伤因子和所述联合失效判据，获取所述待测石英玻璃样品在真实空间服役条件下的退化评价结果。

8、在以上技术方案的基础上，优选的，所述将待测石英玻璃样品进行分类，并对不同种类的待测石英玻璃样品分别进行基线表征，以获取每一待测石英玻璃样品的初始状态向量，具体包括：

9、将所有待测石英玻璃样品以羟基含量和氯含量进行分类，将每一待测石英玻璃样品对应划分为低羟基石英玻璃、高羟基石英玻璃以及含氯石英玻璃中的任意一种，其中，不同种类的待测石英玻璃样品具有唯一编码，并记录每一待测石英玻璃样品对应组分、羟基含量、氯含量、制备工艺、尺寸以及加工历史；

10、对每一待测石英玻璃样品进行基线表征，获取所述待测石英玻璃样品在目标工作波长处的透过率和弱吸收系数、由电子顺磁共振测试反演的初始点缺陷综合量、由拉曼光谱得到的3-4元环结构参数、由正电子湮没测试得到的空隙结构参数以及激光损伤阈值；

11、将所述透过率、所述弱吸收系数、所述初始点缺陷综合量、所述3-4元环结构参数、所述空隙结构参数以及所述激光损伤阈值进行归一化与向量化处理，构建所述待测石英玻璃样品的初始状态向量。

12、在以上技术方案的基础上，优选的，所述根据所述待测石英玻璃样品在真实空间服役条件中的多源耦合环境，构建与所述多源耦合环境对应的等效时序加载路径，具体包括：

13、将真实空间服役条件下的多源耦合环境在时间维度上划分为三个加载阶段，分别为第一伽马辐照阶段、高重频激光辐照阶段以及伽马辐照补充阶段；

14、在所述第一伽马辐照阶段与所述高重频激光辐照阶段之间插入真空工况加载阶段和/或热循环工况加载阶段；

15、为所述第一伽马辐照阶段和所述伽马辐照补充阶段分别标定对应的伽马总剂量、伽马剂量率以及加载持续时间，为所述高重频激光辐照阶段标定对应的激光重复频率、单脉冲能量密度、脉冲数以及加载持续时间，为所述真空工况加载阶段标定对应的真空保持时间，为所述热循环工况加载阶段标定对应的热循环次数，以形成等效时序加载路径。

16、更进一步优选的，所述在所述等效时序加载路径中的中间节点对所述待测石英玻璃样品进行中间多模态表征，以获取中间多模态向量，具体包括：

17、在每一个中间节点暂停加载所述多源耦合环境，将所述待测石英玻璃样品取出，依次对所述待测石英玻璃样品进行透射光谱测试、电子顺磁共振测试、拉曼光谱测试以及正电子湮没测试，以获取位于所述中间节点时所述待测石英玻璃样品对应的透过率、弱吸收系数、弱点缺陷浓度、3-4元环结构参数以及空隙结构参数，并对在各中间节点获取的所述透过率、所述弱吸收系数、所述弱点缺陷浓度、所述3-4元环结构参数、所述空隙结构参数以及激光损伤阈值进行归一化处理和向量化表示，构成与所述中间节点对应的中间多模态向量。

18、更进一步优选的，所述等效时序加载路径中的中间节点包括位于所述第一伽马辐照阶段和的所述高重频激光辐照阶段之间的第一中间节点和位于所述高重频激光辐照阶段内部的第二中间节点。

19、更进一步优选的，所述基于所述初始状态向量和所述中间多模态向量，构建等效耦合损伤因子和联合失效判据，具体包括：

20、基于所述初始状态向量和各中间多模态向量，提取目标工作波长对应的透过率、弱吸收系数、点缺陷综合量、环结构参数、空隙结构参数以及激光损伤阈值，并计算各中间多模态向量对应的透过率、弱吸收系数、点缺陷综合量、环结构参数、空隙结构参数以及激光损伤阈值相对于所述初始状态向量的参数变化量；

21、对各参数变化量进行归一化处理并以预设权重进行加权组合，以获取表征多源辐照综合退化程度的等效耦合损伤因子和表征综合影响的联合失效判据。

22、更进一步优选的，所述基于所述等效耦合损伤因子和所述联合失效判据给出所述待测石英玻璃样品在真实空间服役条件下的退化评价结果，具体包括：

23、在所述等效时序加载路径中的第一中间节点、第二中间节点以及终态节点分别计算得到各节点对应的等效耦合损伤因子，以获取在不同阶段时各节点中等效耦合损伤因子的变化趋势，其中，所述变化趋势表征所述待测石英玻璃样品在真实空间服役条件下的弱吸收恢复程度和缺陷演化行为；

24、将所述终态节点对应的联合失效判据与预设退化阈值进行比较，当所述联合失效判据小于所述预设退化阈值时，将所述待测石英玻璃样品判定为退化有效；

25、当所述联合失效判据大于或等于所述预设退化阈值时，将所述待测石英玻璃样品判定为退化失效。

26、在本技术的第二方面提供了一种石英玻璃多源辐照的加速退化评估系统，所述加速退化评估系统包括基线表征模块、数据处理模块以及退化评估模块，其中，

27、所述基线表征模块用于将待测石英玻璃样品进行分类，并对不同种类的待测石英玻璃样品分别进行基线表征，以获取每一待测石英玻璃样品的初始状态向量；

28、所述数据处理模块用于根据所述待测石英玻璃样品在真实空间服役条件中的多源耦合环境，构建与所述多源耦合环境对应的等效时序加载路径，其中，多源耦合环境包括伽马射线辐照、高重频激光辐照、真空工况以及热循环工况，根据所述等效时序加载路径对所述待测石英玻璃样品依次施加伽马射线辐照和高重频激光辐照，并在所述等效时序加载路径中的中间节点对所述待测石英玻璃样品进行中间多模态表征，以获取中间多模态向量，基于所述初始状态向量和所述中间多模态向量，构建等效耦合损伤因子和联合失效判据；

29、所述退化评估模块用于基于所述等效耦合损伤因子和所述联合失效判据，获取所述待测石英玻璃样品在真实空间服役条件下的退化评价结果。

30、在本技术的第三方面提供了一种电子设备，包括处理器、存储器、用户接口及网络接口，所述存储器用于存储指令，所述用户接口和网络接口用于与其他设备通信，所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令。

31、在本技术的第四方面提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现一种石英玻璃多源辐照的加速退化评估方法的步骤。

32、本发明提供的一种石英玻璃多源辐照的加速退化评估方法及系统相对于现有技术具有以下有益效果：

33、(1)通过多源耦合环境与等效时序加载路径的构建，将伽马辐照、高重频激光、真空、热循环等真实空间工况在地面试验中进行有机耦合，能更真实地再现空间服役环境下石英玻璃的损伤演化过程，避免单一因子或简化工况带来的评估偏差，利用多源辐照顺序加载与强化工况，实现对长期空间服役损伤的加速等效，在较短时间内获得等价于长期服役的退化结果，并且通过基线表征形成初始状态向量，并在加载路径各中间节点开展多模态表征，构建中间多模态向量，可连续刻画材料在不同损伤阶段的状态演变，在此基础上构建等效耦合损伤因子和联合失效判据，使退化评估从经验/定性判断转变为基于向量和因子的定量评价，从而提升光学材料退化评估结果的准确性，同时将不同辐照与环境因素对石英玻璃的耦合效应归一到一个等效耦合损伤因子和联合失效判据框架内，便于对不同配方、工艺或结构形式的石英玻璃进行横向对比，为空间用石英玻璃材料的选型、配方优化和结构设计提供统一的评价标准和量化依据，有利于提高空间光学系统的可靠性。

34、(2)通过将多源耦合环境划分为、第一伽马辐照、真空/热循环、高重频激光以及伽马补充这一明确的时间序列，能够更贴近真实在轨服役过程中的辐照与环境交替作用模式，提高地面试验对在轨工况的等效性，将伽马辐照阶段与高重频激光辐照阶段分离，并在其间插入真空/热循环工况，有利于区分不同阶段对缺陷产生、演化与累积的主导效应，对各阶段的伽马总剂量、剂量率、激光重复频率、单脉冲能量密度、脉冲数、真空保持时间和热循环次数等进行标定，使等效时序加载路径具备明确的定量参数，便于不同试验批次之间的严格复现，提高试验结果的可比性和统计可靠性。