长脉冲激光辐照下单层HfO2薄膜的温度场分析

激光系统中的光学薄膜极易受到高能激光的辐照而产生热损伤,因此研究长脉冲激光作用下光学薄膜的温度场非常重要。建立了二维轴对称杂质模型,使用有限元方法计算了单层HfO2薄膜材料的瞬态温度分布,进一步分析了铂金杂质粒子的吸收系数、填满深度对膜层及其基底最大温升的影响。结果表明：相比于纯净HfO2薄膜,当薄膜中杂质粒子深度为100 nm时,其表面最大温度增加1倍左右;当粒子深度大于750 nm时,基底温度高于薄膜表面温度,从而可以使热损伤从薄膜基底开始。研究结果对于长脉冲激光系统中的光学薄膜的制备和预处理,具有一定的指导意义。     

激光诱导的钛酸钡等离子体的时间分辨光谱

利用光学多通道分析仪（ＯＭＡⅢ）研究脉冲激光沉积钛酸钡薄膜过程中的激光诱导等离子体的时间分辨发射光谱，利用各种粒子不同时刻发射的谱线强度描绘成该粒子的飞行时间谱，表征了等离子体中该粒子的空间浓度分布，根据飞行时间谱的特征，推算了粒子束脉冲（等离子体）的空间宽度及其与缓冲气体压力的关系，提出了在激光沉积多元氧化物薄膜过程中的合适的缓冲气体压力范围，解释了激光原位沉积高温超导薄膜中所需氧气分压达３０Ｐ     

金属杂质粒子诱导薄膜的损伤机理研究

薄膜内的杂质粒子极易诱导薄膜损伤,研究了金属粒子诱导HfO₂薄膜损伤的特征,并基于金属粒子的热力学过程进行了分析。金属粒子对激光的强烈吸收将引起薄膜的熔化、气化以及电离,从而引起薄膜的剥离和脱落,形成圆状坑点;金属粒子对激光的吸收、热扩散以及热膨胀效应与其尺寸等密切相关;从温升规律分析,在相同激光能量辐照下,粒子大小引起的温升不同,从而形成大小不一的点坑状破坏点,且存在一个温升效应最强的粒径,最易引起薄膜的损伤;从金属粒子激光等离子体的辐射效应分析,金属粒子的辐射谱主要集中在紫外部分,辐射光子能量比入射激光光子能量强,具有更强的电离能力,从而加剧了薄膜的去除。     

薄膜靶整形强激光脉冲的理论分析和数值模拟

超强超短脉冲激光广泛应用于粒子加速以及新型X射线辐射源产生。较长的激光脉冲上升前沿直接影响激光应用效果。等离子体薄膜靶作为新型光学介质开关,可以有效降低超强激光脉冲前沿上升时间,优化激光等离子体相互作用参数。采用一维理论分析和粒子模拟方法研究了等离子体薄膜靶实现超强激光脉冲整形的机制。研究结果表明,薄膜靶通过对激光脉冲的非线性调制,可有效实现脉宽缩短和脉冲陡化;对比单层靶调制结果,选择参数优化的双层靶,可进一步优化脉冲整形效果,获得更短脉宽和更高振幅的激光脉冲;对于峰值振幅高于薄膜靶击穿阈值的超强激光,脉冲上升前沿可得到明显陡化,薄膜靶的击穿是产生这种脉冲整形效果的直接原因。     

Cu—Ba—O薄膜在超短激光脉冲作用下的光透射率特性

用泵浦－探测技术测量了金属－介质复合薄膜Ｃｕ－Ｂａ－Ｏ的光学透射率在超短激光脉冲作用下随延迟时间的瞬态变化曲线，获得了薄膜对光的透射率迅速减小并在皮秒时间内恢复原状的实验结果。该现象是由薄膜中金属超微粒子内费米能级附近电子被飞秒激光脉冲激发所产生的非平衡态电子经历瞬态弛豫造成的。本文从理论上给出了薄膜中Ｃｕ超微粒子的电子声子相互作用常数ｇ的修正数值。     

基于波导、金和氧化锌的随机激光器的研究

通过将金属金嵌入到上下两层波导结构中,与ZnO随机粒子相结合,设计出一种新型结构的随机激光器。采用时域有限差分法(FDTD),数值模拟了该随机激光器系统的光场分布和模式频谱图,并针对金粒子和金薄膜两种情况进行对比分析。结果显示,采用金粒子作夹层时,出射激光模式数量减少,单色性较好;采用金薄膜作夹层时,出射激光光强较大。     

1064 nm激光对中性密度滤光片的损伤机理研究

中性密度滤光片的典型结构是在K9玻璃上镀金属膜,来实现对激光的有效吸收.由于损伤阈值较低,严重限制了其在高能激光系统中的应用.实验研究了较高激光能量密度下滤光片的损伤形貌和损伤机理.损伤形貌的变化特征是:随着激光能量密度的增加,滤光片先出现损伤点,后以损伤点为中心产生裂纹,且裂纹长度逐渐变长,最终连接成线状和块状,导致大面积的薄膜脱落.建立了缺陷吸收激光能量升温致中性密度滤光片表面薄膜损伤的模型,计算了薄膜表面的温度和应力分布,讨论了薄膜表面不均匀温升造成的径向、环向和轴向热应力分布.理论分析显示:环向应力是造成薄膜沿径向产生裂纹的主要原因.当激光能量密度大于约2.2 J/cm²,杂质粒子半径大于140 nm且相邻杂质粒子之间的距离小于10 μ m时,裂纹才能大量连接起来引起薄膜的大面积脱落.     

金属超微粒子─半导体薄膜的光学瞬态响应

利用飞秒脉冲激光和泵浦探测技术测量了金属超微粒子半导体复合薄膜ＡｇＢａＯ的瞬态光学透过率随延迟时间的变化曲线，观察到了薄膜对光的吸收漂白现象，并在不到２ｐｓ时间内恢复．该现象是薄膜中金属超微粒子内费密能级附近电子被飞秒激光脉冲激发，产生非平衡电子而经历瞬态弛豫造成的．弛豫主要包括非平衡电子越过超微粒子和周围介质的界面位垒进入周围介质，以及非平衡电子同晶格和界面的散射两种过程．超微粒子粒径的差别会引起非平衡电子弛豫时间的差别     

金属超微粒子-半导体薄膜的光学瞬态响应

利用飞秒脉冲激光和泵浦 探测技术测量了金属超微粒子 半导体复合薄膜Ａｇ-ＢａＯ的瞬态光学透过率随延迟时间的变化曲线，观察到了薄膜对光的吸收漂白现象，并在不到２ｐｓ时间内恢复．该现象是薄膜中金属超微粒子内费密能级附近电子被飞秒激光脉冲激发，产生非平衡电子而经历瞬态弛豫造成的．弛豫主要包括非平衡电子越过超微粒子和周围介质的界面位垒进入周围介质，以及非平衡电子同晶格和界面的散射两种过程．超微粒子粒径的差别会引起非平衡电子弛豫时间的差别 关键词：     

基于TiO_2纳米粒子薄膜的低阈值随机激光器的动力学研究

本文利用共轭聚合物(MEH-PPV)覆盖TiO_2纳米粒子薄膜制作随机激光器。随机TiO_2纳米粒子薄膜的激光辐射阈值比平面MEH-PPV薄膜的放大自发辐射阈值缩小了9倍。这是由于TiO_2纳米粒子诱导的多重散射造成的。进一步的飞秒荧光上转换实验表明,随机激光器中,光在增益介质里的停留时间有所增加,这直接证实了光在随机激光器结构中的多重散射引起光的传播路径增加。因此,这会促进更多的光发生辐射,从而降低随机激光器的阈值。     

高脉冲功率能量PLD法制备MgZnO薄膜中的沉积机理

用PLD法成功制备了一系列高质量的MgZnO薄膜。实验中发现高脉冲能量沉积薄膜的结构和发光特性随基片温度的变化规律与低脉冲能量下的结果不一样:基片在室温时高脉冲能量制备薄膜的XRD峰的半峰全宽比高基片温度时的结果相对更小;AFM显示其颗粒变大,柱状生长突出;PL谱紫峰与绿峰强度比最大,结晶质量反而提高。另一方面,与低脉冲能量时相反,增大氧气压强后高脉冲能量沉积的薄膜XRD半峰全宽变窄。结合实验现象和表征,合理解释了高脉冲能量沉积的机理。室温制备高质量MgZnO薄膜的PLD沉积机理对于以后在柔性衬底上沉积薄膜的研究有重要的参考价值。     

激光驱动飞片加速特征分析

在激光驱动飞片研究中,飞片的加速特征是需要认识的关键问题之一。设计了强激光作用金属膜驱动飞片实验,采用聚偏氟乙烯（PVDF）压电薄膜测量了飞片到达不同距离的时间,计算得到飞片速度和加速度,分析激光能量对飞片加速性能的影响。基于Gurney能理论,建立了激光驱动飞片速度的计算模型,根据实验结果获得了激光能量损失系数和有效吸收系数,分析了激光能量和膜体厚度对飞片速度的影响。实验结果表明:不同激光能量下飞片的加速特征基本相似,激光能量变化对飞片的加速时间影响较小; 激光能量较大的情况下,膜体厚度对飞片最大速度、能量耦合系数的影响更显著; 当膜体超过一定厚度时,能量耦合系数不再增加。     

Analysis of laser induced thermal mechanical relationship of HfO_2/SiO_2 high reflective optical thin film at 1064 nm

A numerical model is developed for the calculation of transient temperature field of thin film coating induced by a long-pulsed high power laser beam. The electric field intensity distribution of HfO2/Si02 high reflective （HR） film is investigated to calculate the thermal field of the film. The thermal-mechanical relationships are discussed to predict the laser damage area of optical thin film under long pulse high energy laser irradiation.     

Study of Nanocrystalline Diamond Film Deposited Rapidly by 500 W Excimer Laser

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｄｉａｍｏｎｄｆｉｌｍ,ｗｈｉｃｈｃｏｎｔａｉｎｓｌｏｔｓｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎｔｈｅｓｉｚｅｏｆｎａｎｏｍｅｔｅｒ,ｈａｓｍｕｃｈｔｈｅｓａｍｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｓｄｉａｍｏｎｄｌｉｋｅｆｉｌｍｓ.Ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｍａｄｅｔｈｅｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｆｉｌｍｓｕｓｅｗｉｄｅｌｙｉｎｖａｒｉｏｕｓｆｉｅｌｄｓ,ｅ.ｇ.ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ,ｏｐｔｉｃｓａｎｄ…     

Study of Nanocrystalline Diamond Film Deposited Rapidly by 500 W Excimer Laser

High quality nanocrystalline diamond film deposited rapidly by an XeCl excimer laser operated at high laser power (500 W) and repetition rate (300～500 Hz) is presented. A high deposition rate, 250 nm/thousand pulses, was obtained. The effects of laser energy fluence and repetition rate on the deposition of diamond film were investigated.     

脉冲激光器输出能量对薄膜损伤阈值测试的影响

薄膜损伤阈值是薄膜抗强激光作用的关键参数，而脉冲激光器的输出能量直接决定了激光薄膜损伤闲值测试结果及其测试精度。激光器的工作电压、频率以及传输距离是影响能量的重要因素。根据脉冲激光器的工作原理，建立了能量与电压、能量与频率和能量与传输距离的数学模型。在激光器工作电压范围内（300～1100V）进行了实验研究，结果表明：不同频率下建立的能量与电压的数学模型不同；同一工作频率下，激光输出能量与电压有两个线性区域；能量稳定性最好的区域其RMS值小于0．025，PV值小于0．07；输出能量随着探测距离的增加而减小。该结果为激光薄膜损伤阂值测试精度的提高提供了可靠的理论依据。     

Pulsed laser deposition of oxide thin films

The pulsed laser deposition (PLD) process was studied in detail during oxide thin film growth by constructing a sophisticated PLD chamber combined with an energy-stable excimer laser. It was revealed that the transmitting laser energy at the entrance view port decreased exponentially with deposition runs, roughly by A e^−0.02x%, where A is the original transmission and x is the run number, and transmission loss could become considerable (up to 90%) in 100 deposition runs. In addition, area of the focused spot on the target was found a function of charging high voltage, which is a parameter of excimer laser operation, even through a slit forming rectangular sharp-edge beam profile. Laser energy density is one of the most important parameter governing grown film properties, and therefore accurate laser energy and spot area calibration is vital for reproducible film growth. In course of this study, the importance of spot area as well as the energy density is discussed in the view of deposition rate.     

用于薄膜沉积的XeCl激基激光器研制

以镀制半导体薄膜、巨磁薄膜、金刚石及其它薄膜,外延生长及后续的光刻,激光与物质的相互作用、等离子体研究为目的,设计、研制了脉冲放电激励的XeCl激基激光器.试验结果表明:激光脉宽18ns,单脉冲能量150mJ,矩形光斑大小2cm×1cm,束散角3mrad,最高重复频率5HZ.与同类激光器相比,具有结构简单、造价低廉、性能稳定等特点.     

Damage mechanism and morphology characteristics of chromium film in femtosecond laser rear-side ablation

In this paper, damage mechanism and morphology characteristics of chromium film in femtosecond laser rear-side ablation are investigated. The film removing process includes two key sub-processes: the laser ablation dynamic process and subsequent breaking and ejecting dynamic process. Film morphology in rear-side ablation is determined by the interrelation between the laser energy and the film strength. When lower laser energy is used, residual out-layer film is relative thick and tends to break into some large fragments, which results in an irregular ablation shape. While when higher pulse energy is used, thinner residual film with weaker break strength breaks into small fragments, the ablation quality improves correspondingly. Besides laser energy and film property, energy distribution of laser beam also affects the ablation quality. In experiments, this kind of effect is researched by changing the focal position. It is found that ripples, which are familiar nano-structures in front-side ablation, also exist in rear-side ablation. These ripples are formed initially at the interface between quartz substrate and film, and their coverage varies with the energy distribution. Additionally, increasing number of scans is an effective method to shorten the period of ripples.