环境气氛压强对熔石英紫外激光损伤阈值的影响

 利用1∶1, S∶1, R∶1方法,测试了不同真空度（10-3～105 Pa）和不同气氛（空气、氮气、氧气）环境下熔石英351 nm激光损伤阈值,测试结果表明,用1∶1, S∶1方法测试得到的阈值在不同气氛压强下几乎相等;R∶1损伤阈值受气压的影响较大,在小于等于10³ Pa气压下,较105 Pa气压的阈值降低28%～41%;但R∶1损伤阈值同气氛的关系不大,在同气压下差别小于10%,在测量值误差范围内。利用50%破坏几率对应的损伤阈值Fth（R∶1）一半的激光能量密度辐照样品,考察其抗多脉冲辐照的能力,分析表明,在同样的能量密度辐照下,10³ Pa空气及氮气环境和105 Pa氮气环境下同样具有高的寿命;而10^-3 Pa高真空环境下其寿命较短,在10^-1 Pa低真空环境下其寿命最短。     

气压对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响

保持CO2激光的单脉冲能量为61.4~64.6 J，采用高精度冲击摆系统进行了不同气压下吸气模式激光推进冲量耦合系数的实验测试，分析了对应的高度特性。结果表明:气压为2.8×104～1×105 Pa，即距离地面0～10 km时，冲量耦合系数大约3.5×10-4 N·s·J-1，上下波动幅度低于5%；气压低于2.8×104 Pa，即高度大于10 km时，冲量耦合系数呈二次曲线显著下降；当气压降至1×103 Pa，即距离地面约31 km高度时，耦合系数仅为9.7×10-5 N·s·J-1。     

气压对激光诱导Al等离子体特征的影响

使用Nd :YAG激光器烧蚀金属Al靶获得等离子体 ,利用光谱时 -空分辨技术 ,在 10 0～ 1× 10 5Pa气压范围内 ,关于环境气体压强对激光诱导的等离子体辐射特征的影响进行了研究。使用的气体是Ar气 ,单脉冲激光能量 145mJ。结果发现 ,气压升高 ,特征谱线强度增加 ,连续谱强度也增加 ;但气压过高 ,在接近大气压时 ,特征谱和连续谱都下降 ;最大特征辐射强度在 10kPa、靶前 0 .1mm处、延时 180ns获得 ;同一条件下获得最强背景连续谱 ,而信号 -背景比是在10 0 0Pa、靶前 1.0mm处、延时 2 50 0ns达到最大值。基于Al等离子体不同气压下的时间 -空间分辨谱 ,对结果进行了简单的讨论。并分别确定了获得最大特征辐射和信号 -背景比的条件 ;以及最佳信号采集区。     

真空环境中紫外脉冲激光对熔石英抗损伤能力的影响

在10-3Pa的高真空环境下,利用355nm的紫外脉冲激光以低于石英基片零概率损伤阈值的能量密度对其进行重复多次的全口径扫描,目的是为了研究石英基片在接受不同剂量的紫外激光辐照后其抗损伤能力的变化和原因.通过辐照过程中损伤点的扩展程度以及辐照后的抗损伤测量表明,高真空环境下紫外脉冲激光辐照后的石英基片抗损伤能力明显降低,降低的幅度更多的与其接受激光辐照的次数有关,辐照能量密度的影响相对较小;通过荧光及X射线光电子能谱(XPS)检测发现,紫外脉冲激光辐照后石英基片表面氧缺位的增加是导致其抗损伤能力下降的主要原因,其程度也直接与接受辐照的紫外脉冲激光剂量相关.     

气压对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响

 保持CO₂激光的单脉冲能量为61.4~64.6 J，采用高精度冲击摆系统进行了不同气压下吸气模式激光推进冲量耦合系数的实验测试，分析了对应的高度特性。结果表明：气压为2.8×10⁴～1×10⁵ Pa，即距离地面0～10 km时，冲量耦合系数大约3.5×10^-4 N·s·J^-1，上下波动幅度低于5%；气压低于2.8×10⁴ Pa，即高度大于10 km时，冲量耦合系数呈二次曲线显著下降；当气压降至1×10³ Pa，即距离地面约31 km高度时，耦合系数仅为9.7×10-5 N·s·J^-1。     

真空条件下激光诱导光纤损伤特性研究

实验研究并分析了调Q Nd:YAG 脉冲激光诱导光纤损伤特性.设计了在真空条件下全石英光纤传输1064 nm 脉冲激光实验.通过将激光注入光纤端面气压降低到10—100 Pa, 光纤端面击穿阈值提高到大气环境下的185 倍.结合光纤端面损伤形貌分析可知,光纤端面损伤主要是由于激光驻波场和烧蚀共同作用的结果,光纤端面或内部大量的缺陷降低了光纤抗激光损伤的能力.在真空条件下由于光纤端面光学击穿阈值的提高,激光诱导光纤损伤特性又表现出了另外一种损伤模式——光纤初始输入段损伤.它发生在光纤输入段附 关键词： 激光损伤 光束传输 真空 石英光纤     

极紫外与软X射线用非晶碳膜全反射镜的研究

用高真空磁控溅射设备分别在工作气压为0.40Pa和0.67Pa下制备了非晶碳膜全反射镜样品,利用X射线掠入射反射测量了膜层厚度、粗糙度和膜层密度,用原子力显微镜测量了样品的表面粗糙度,用同步辐射测量了不同工作气压下制备的非晶碳膜全反射镜的反射率,并对测量结果进行了分析讨论.测试结果表明:在0.40Pa工作气压下制备的非晶碳膜反射镜的性能优于在0.67Pa工作气压下制备的反射镜的性能,在掠入射角小于4.5°时,非晶碳膜全反射镜在5nm以上波段有比较平坦的高反射率,在波长小于5nm波段,反射率急剧下降.     

基于脉冲CO2激光锡等离子体光刻光源的极紫外辐射光谱特性研究

研究了不同条件下脉冲放电CO₂激光烧蚀平板锡靶产生的等离子体极紫外辐射特性, 设计并建立了一套掠入射极紫外平焦场光栅光谱仪, 结合X射线CCD探测了光源在6.5～16.8 nm波段的时间积分辐射光谱,得到了极紫外光谱随激光脉宽, 入射脉冲能量及背景气压的变化规律。实验结果发现：入射激光脉冲能量在30～600 mJ变化时,极紫外辐射光谱的强度随辐照激光脉冲能量的增加而增加, 但并不是线性关系, 具有饱和效应, 且产生极紫外辐射的脉冲能量阈值约为30 mJ,当激光脉冲能量为425 mJ时具有最高的转换效率,此时中心波长13.5 nm处2%带宽内的转换效率约为1.2%。激光脉冲半高全宽在50～120 ns范围内变化时, 极紫外辐射光谱的峰值位置均位于13.5 nm,光谱形状几乎没有什么变化, 但是脉宽从120 ns变到52 ns后,由于激光功率密度的提高,极紫外辐射强度也随之增强了约1.6倍。极紫外光谱的强度随背景气压的增大而迅速下降, 当腔内空气气压为200 Pa时, 极紫外辐射光子几乎被全部吸收,而当缓冲氦气气压为7×104 Pa时,仍能够探测到微弱的极紫外辐射信号,计算表明100 Pa的空气对13.5 nm极紫外光的吸收系数为3.0 m-1,而100 Pa的He气的吸收系数为0.96 m-1。     

低温法兰密封实验研究

低温真空密封法兰在航天、超导等行业中有着广泛的应用。如超导加速器中,为了达到真空密封要求,使用了大量的低温密封法兰,其密封性能的好坏直接影响了加速器是否能够正常运行。介绍了铝镁合金圈密封法兰、无氧铜圈CF刀口法兰、铟丝密封法兰真空密封关键影响因素,如扭矩、温度、螺栓种类,对真空密封性能影响研究结果。     

低气压下80 ns长脉宽激光诱导击穿铜合金光谱特性研究

激光诱导击穿光谱(LIBS)因具有实时快速、多元素分析、样品损伤性小等优势,已成为检测未知物质元素组分以及相应元素含量的重要手段。近期的一些研究表明,百纳秒级别激光脉冲由于在确保有效击穿阈值的条件下延长了激光与样品作用时间,使得其LIBS光谱质量相对于传统10 ns级激光脉冲得到了提高;适度降低环境气压(至10~4 Pa量级), LIBS光谱强度和信背比均得到明显提高。为探究低气压对长脉宽(百纳秒级)激光诱导铜合金等离子体光谱特性的影响,采用自主研发80 ns脉宽Nd∶YAG激光器(波长1 064 nm,单脉冲能量20～200 mJ)作为激发光源,样品为BYG19431的锡青铜(基体元素Cu质量百分数为92.9%,低含量元素Fe质量百分数为0.007 8%),通过样品气氛控制系统改变环境气压,分别研究了低环境压力(1.01×10~5, 9.6×10~4, 9.2×10~4, 8.8×10~4和8.4×10~4 Pa)下铜合金基体元素Cu与低含量元素Fe光谱特性。实验中,激光脉冲重复频率为1 Hz,每次打击均为新鲜表面(通过真空腔内的可控旋转平台更换样品位置),每个能量和气压下分别选取5个脉冲能量较稳定的光谱,取平均值作为当前实验条件的最终实验结果,激光脉冲能量的实时监测由透反比1∶1分束镜及能量计完成。研究发现,基体元素谱线(CuⅠ324.75 nm),常压下低能量(20 mJ, 40 mJ)时均存在较严重的自吸收现象。在60 mJ时,虽自吸收效应得到改善,但谱线背景强度升高,且激光对样品的损伤加大。为在低光谱背景,微样品损伤的条件下实现光谱质量的进一步提升,实验激光能量为20 mJ。结果表明,随着环境气压降低,基体元素Cu自吸收程度大幅度降低,样品中低含量Fe元素谱线信背比增加,等离子温度升高,谱线展宽变窄。气压为8.4×10~4 Pa时,与常压相比基体元素铜(CuⅠ324.75 nm)与微量元素铁(FeⅠ330.82 nm)谱线信背比分别增强5.31和2.43倍;等离子体温度提升了21.6%;FeⅠ330.82 nm谱线展宽由0.29 nm降到0.21 nm,在一定程度提高了LIBS元素谱线的分辨率。     

氧分压对ZrO2薄膜激光损伤阈值的影响

 在不同的氧分压下用电子束热蒸发的方法制备了ZrO₂薄膜。分别通过X射线衍射、光学光谱、热透镜技术、抗激光辐照等测试，对所制备样品的微结构、折射率、吸收率及激光损伤阈值进行了测量。实验结果表明，薄膜中晶粒主要是四方相为主的多晶结构，并且随着氧分压的增加，结晶度、折射率以及弱吸收均逐渐降低。薄膜的激光损伤阈值开始随着氧分压增加从18.5J/cm²逐渐增加，氧分压为9×10^-3Pa时达到最大，值为26.7 J/cm²，氧分压再增加时则又降低到17.5 J/cm²。由此可见，氧分压引起的薄膜微结构变化是ZrO₂薄膜激光损伤阈值变化的主要原因。     

Influence of Vacuum Organic Contaminations on Laser-Induced Damage of 1064 nm Anti-Reflective Coatings

We investigate the influence of vacuum organic contaminations on laser-induced damage threshold （LIDT） of optical coatings. Anti-reflective （AIR） coatings at 1064 nm made by Ta2 O5/SiO2 are deposited by the ion beam sputtering method. The LIDTs of AR coatings are measured in vacuum and in atmosphere, respectively. It is exhibited that contaminations in vacuum are easily to be absorbed onto optical surface because of lower pressure, and they become origins of damage, resulting in the decrease of LIDT from 24.5J/cm^2 in air to 15.TJ/cm^2 in vacuum. The LIDT of coatings in vacuum has is slightly changed compared with the value in atmosphere after the organic contaminations are wiped off. These results indicate that organic contaminations are the main reason of the LIDT decrease in vacuum. Additionally, damage morphologies have distinct changes from vacuum to atmosphere because of the differences between the residual stress and thermal decomposability of filmy materials.     

Impact of organic contamination in vacuum on laser-induced damage threshold of TiO2/SiO2 dielectric mirrors

The influence of organic contamination in vacuum on the laser-induced damage threshold (LIDT) of coatings is studied. TiO2/SiO2 dielectric mirrors with high reflection at 1064 nm are deposited by the electronbeam evaporation method and their LIDTs are measured in vacuum and atmosphere, respectively.It is found that the contamination in vacuum is easily attracted to optical surfaces because of the low pressure and becomes the source of damage, O2 molecules in vacuum with contamination can accelerate the laser-induced damage by observing LIDT and damage morphologies. LIDTs of mirrors have a little change in vacuum compared with in atmosphere when the organic contamination is wiped off. The results indicate that organic contamination is a significant reason to decrease the LIDT in vacuum.     

Damage investigations of AR coating under atmospheric and vacuum conditions

The damage characteristics of anti-reflection films exposed to 1064 nm nanosecond laser pulses in vacuum and air were investigated. The laser-induced damage thresholds (LIDT) in vacuum and air environments were compared. The damage morphologies were locally analyzed using optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). The depth of the damage sites in the two environments was analyzed by Alpha2Step 500 m. The differences between the damage observed in the two environments were discussed based on the temperature distribution, absorption and vacuum gaseous composition measurements and gas pressure influence analysis. Increased coupling of the plasma shock wave and adsorbing water in the coating layer may be considered as the primary cause of the low LIDT observed in vacuum.     

Impact of organic contamination on laser-induced damage threshold of high reflectance coatings in vacuum

The influence of organic contamination in vacuum on the laser-induced damage threshold (LIDT) of coatings is studied. TiO₂/SiO₂ dielectric mirrors with high reflection at 1064 nm are deposited by the electron beam evaporation method. The LIDTs of mirrors are measured in vacuum and atmosphere, respectively. It is found that the contamination in vacuum is easily attracted to optical surfaces because of the low pressure and becomes the source of damage. LIDTs of mirrors have a little change in vacuum compared with in atmosphere when the organic contamination is wiped off. The results indicate that organic contamination is a significant reason to decrease the LIDT. N₂ molecules in vacuum can reduce the influence of the organic contaminations and prtectect high reflectance coatings.     

钛酸镧薄膜的制备及工艺优化

为了获得制备钛酸镧（LaTiO3）薄膜的最优工艺条件,采用电子束热蒸发技术在K9基底上制备了单层LaTiO3激光薄膜。研究了不同工艺条件对LaTiO3薄膜激光损伤特性的影响。研究结果表明,对LaTiO3薄膜激光损伤阈值（laser-induced damage threshold, LIDT）影响最大的工艺条件是沉积温度,其次是工作真空度,最后是蒸发束流。获得了制备单层LaTiO3激光薄膜的最优工艺条件:沉积温度175 ℃、工作真空度2.010-2 Pa、蒸发束流120 mA（8 keV）;证明了最优工艺下制备的LaTiO3薄膜具有良好的激光损伤特性、稳定性以及重复性,所制备LaTiO3薄膜的激光损伤阈值为16.9 J/cm2（1 064 nm,10 ns）。     

酸蚀与紫外激光预处理结合提高熔石英损伤阈值

采用HF酸刻蚀和紫外激光预处理相结合的方式提升熔石英元件的负载能力,用质量分数为1%的HF缓冲溶液对熔石英刻蚀1~100 min,综合透过率、粗糙度和损伤阈值测试结果,发现刻蚀时间为10min的熔石英抗损伤能力最佳。采用355 nm紫外激光对HF酸刻蚀10 min的熔石英进行预处理,结果表明:紫外预处理能量密度在熔石英零损伤阈值的60%以下时,激光损伤阈值单调递增;能量到达80%时,阈值反而低于原始样片的损伤阈值。适当地控制酸蚀时间和紫外激光预处理参数能有效提高熔石英的抗损伤能力。     

缺陷对HfO2薄膜的激光弱吸收与损伤阈值的影响

激光弱吸收是导致光学薄膜损伤的重要原因。在(5~43)mPa的氧分压下制备并测试了一组HfO2薄膜。实验发现,当氧分压小于20mPa时,薄膜弱吸收越大,损伤阈值越低;当氧分压大于20mPa时,薄膜的损伤阈值与弱吸收并不一一对应,具有较高弱吸收的薄膜可能同时具有较高的损伤阈值。建立了缺陷模型,采用有限元法模拟了缺陷对弱吸收测量和损伤阈值测量的影响,分析了缺陷尺寸、密度、吸收系数对弱吸收和损伤阈值的影响。研究结果显示,吸收系数高于薄膜1 000倍的缺陷可以降低薄膜的损伤阈值1 000倍,却并不影响薄膜的弱吸收。缺陷对HfO2薄膜的激光弱吸收与损伤阈值测试有完全不同的影响,是导致某些薄膜弱吸收与损伤阈值背离的原因。     

Effect of porosity on the laser induced damage threshold of porous anodic alumina films

Thermal stress of porous alumina films has been simulated by finite element method based on thermal transfer equation and thermal stress formulas. The influence of equivalent thermal conductivity and elastic modulus on laser induced damage threshold (LIDT) has been studied. It was found that the biggest circumferential tensile stress will be small with the porosity from 15% to 35%, and it effectively improves the LIDT. The equivalent thermal conductivity and LIDT decreases with the increase of porosity. The equivalent elastic modulus decreases and LIDT increase with the increase of porosity.