中国科学院上海光学精密机械研究所(简称:上海光机所)成立于1964年5月,是我国建立最早、规模最大的激光科学技术专业研究所。发展至今,已形成以探索现代光学重大基础及应用基础前沿、发展大型激光工程技术并开拓激光与光电子高技术应用为重点的综合性研究所。研究...
中国科学院上海光学精密机械研究所(简称:上海光机所)是我国建立最早、规模最大的激光专业研究所,成立于1964年,现已发展成为以探索现代光学重大基础及应用基础前沿研究、发展大型激光工程技术并开拓激光与光电子高技术应用为重点的综合性研究所。重...
上海光机所国际合作工作始终围绕上海光机所的主责主业,以服务重大任务和国家需求为牵引,强化目标导向,注重内外集成协同,加强重大国际合作任务的谋划。坚持“战略布局,需求牵引,技术引领,合作共赢”的原则,基于科技部授予的国家国际科技合作基地及本单位学科技术优势,围绕“一带一路”国家倡议,深化拓展与发达国家实质性合作,夯实海外机构建设,积极培育和发起国际大科学计划,加强国际组织任职推荐,组织相关国际会议等,汇聚各类国际人才,建立以“平台-人才-项目-组织”合作模式,融入全球创新合作网络,助力上海光机所成为国际一流科研机构。上海光机所国际合作一直得到所领导的高度重视,历届所长亲自主管国际合作。1972年,上海光机所接待诺贝尔奖的美籍华裔科学家杨振宁,标志着我所第一次对外开放。2007年,被科技部首批授予“科技部国际科技合作基地”。2016年,科技部首次对全国2006-2008年间认定的113家国际合作基地进行了评估,上海光机所获评“优秀”。2021年,科技部首次对全国719家国际合作基地进行了评估,上海光机所持续获评“ 优秀”。王岐山副主席到上海光机所视察时,对上海光机所近几年取得的系列科技成果,以及重大国际合作项目“中以高功...
作为我国建立最早、规模最大的激光科学技术专业研究所,和首批上海市科普教育基地之一,中国科学院上海光学精密机械研究所(简称:上海光机所)在致力于科技创新的同时,十分重视科普工作。多年来,上海光机所借助科研院所强大的科普资源优势,围绕光学与激光科学技术,积极开展公众开放日、科普讲座、科技课堂、科普作品创...
超强激光科学卓越创新简报
(第三百三十三期)
2022年12月7日
上海光机所提出描述非晶氧化硅结构及其激光损伤诱导冲击动力学过程的新方法
近日,中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室研究团队提出的金属-有机框架(Metal-Organic Framework,简称MOF)力场模型参数不仅可以准确描述非晶氧化硅结构,还能高效仿真非晶氧化硅在激光损伤冲击所伴随的流体动力学过程,相关成果以“Structure and shock properties of amorphous silica predicted by a metal-organic framework force field”为题发表于Optical Materials Express。
非晶氧化硅是高功率激光系统元器件中应用最普遍的光学材料,以窗口、衬底、薄膜等形式控制激光能量的传输。高功率激光辐照下,非晶氧化硅材料中的纳米吸收中心沉积激光能量并伴随带隙坍缩,形成局部高温高压驱动冲击波传输等复杂流体动力学过程,诱导致密相变与拓扑缺陷,对激光元器件的灾难性损伤与疲劳效应有着本质影响。尽管目前已有多种力场可以准确描述非晶氧化硅结构,但传统计算氧化硅离子键贡献的长程库伦作用方法(Ewald求和)依赖于周期边界条件,仿真流体动力学过程所需的开放边界时计算量巨大。此外,传统计算氧化硅共价键贡献的Buckingham方法存在近程无物理意义的原子凝聚,高温高压所驱动的冲击负载下,硅氧原子存在较大的概率越过近程能垒形成上述原子凝聚现象。
为解决上述难题,研究人员采用MOF模型描述氧化硅共价键作用,在Buckingham方法的基础上引入Grimme修正,消除近程无物理意义的原子凝聚使用球状高斯电荷分布屏蔽离子电荷长程作用,避免了周期边界条件的要求,优化出一组可以准确描述非晶氧化硅结构拓扑序及冲击Hugoniostat状态方程的力场参数。以24000个原子所组成的非晶氧化硅结构为例,静态结构优化与冲击Hugoniostat状态方程的效率可以从5.2ns/day提升至33.5ns/day。周期边界条件的去除意味着该力场模型可以有效描述光学元件界面/表面/裂纹等自由面的激光损伤诱导流体动力学行为。鉴于流体动力学过程同高压相与拓扑缺陷之间的密切联系,这项工作对激光元器件的寿命与修复具有重要的科学意义。
相关研究得到了上海市科委科技创新行动、国家重点研发计划、上海市青年科技英才扬帆计划、中科院青促会、国家自然科学基金的支持。
图1 氧化硅相互作用势(实线为本文方法,虚线为传统方法)
图2 冲击压强对(a)压缩比(b)HEL以下的压缩比(c)配位数(d)环尺寸的影响
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