不同工艺制备的高反射薄膜在真空与大气环境下的激光损伤特性

 建立了光学元件在真空环境下的激光损伤测量系统,采用电子束蒸发和离子辅助技术制备了Hf­₂/SiO₂高反射薄膜。对不同工艺制备的薄膜在真空与大气环境下的1 064 nm波长的激光损伤阈值进行了测量,对薄膜的损伤形貌进行了观测。对薄膜的损伤特性研究分析结果表明：薄膜在真空环境中的损伤阈值相对大气环境中有明显下降,其1∶1测试和R1测试损伤阈值下降约30%;两种环境中的薄膜损伤特性也不同,真空环境中损伤阈值的下降可能与热传导的不同有关。     

激光辐照环境对金属材料反射特性的影响

 利用积分球绝对测量法,对在20 Pa真空缺氧、1 000 Pa空气,10⁵ Pa空气及1 000 Pa氧气环境下,1 064 nm波长连续激光辐照30CrMnSiA碳钢材料过程中的反射光信号进行了测量,得到了30CrMnSiA碳钢在4种辐照环境下的反射率和温度变化曲线。结果表明：在空气组分辐照环境的低压到10⁵ Pa范围内,材料初始反射率随压力增大而增大;在缺氧和富氧环境的激光辐照过程中,缺氧环境下材料反射率变化缓慢,且变化拐点温度高于富氧环境,富氧环境下材料被加热后的快速氧化反应有利于材料对激光能量的吸收;不同辐照环境（缺氧和富氧）相同材料温度条件下,材料反射率并不相同。     

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。     

气氛环境对真空窗口紫外激光诱导损伤阈值的影响机制

基于氟橡胶圈密封测试了熔石英真空窗口在351 nm激光辐照下的激光诱导损伤阈值（LIDT）,实验发现真空窗口和氟橡胶圈紧密接触后LIDT下降约50%,氟橡胶圈经多次挤压后,其对真空窗口LIDT的影响显著减弱,在此基础上对比了大气、103 Pa和10?2～10?1 Pa下真空窗口的LIDT,结果显示随着气压降低真空窗口LIDT显著下降且气压再次升高后其LIDT未有提升。基于铟丝密封对比测试了真空窗口在不同气压下的LIDT,结果未发现气体含量差异对真空窗口LIDT的影响。对比两种密封材料测试结果,认为真空窗口LIDT下降是由氟橡胶圈污染引起,且低气压下有机物释放加剧。     

石墨改性环氧树脂抗强激光辐照性能

 在激光硬杀伤防护体系研究中,制备了鳞片石墨改性环氧树脂涂层,分析了它与辐照激光能量耦合作用规律,研究了其热烧蚀性能、隔热性能等抗激光辐照性能,并对不同参数激光辐照后该材料的损伤形貌进行宏观、微观分析,确定了损伤阈值与损伤形式。实验结果表明：石墨改性环氧树脂具有优良的抗强激光辐照性能,连续激光辐照下功率密度损伤阈值高于2 kW/cm²;高温下与激光能量耦合系数仅为10%左右,稳定热烧蚀率低至μg/J量级;具备优良的纵向隔热性能,高温下热导率在10 W·K^-1·m^-1以下;低功率密度激光辐照下损伤形式为轻微氧化,高功率密度激光辐照下则以汽化烧蚀为主;材料制备工艺简单,成本低廉,与被加固材料界面结合良好。     

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.     

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。     

1 064 nm与532 nm激光对电子束蒸发制备的HfO2/SiO2高反膜损伤比较

 研究了电子束蒸发制备的HfO₂/SiO₂高反膜在1 064 nm与532 nm激光辐照下的损伤行为。基频激光辐照时损伤形貌主要为节瘤缺陷喷溅留下的锥形坑,当能量密度较大时出现分层剥落;二倍频激光损伤主要是由电子缺陷引起的平底坑,辐照脉冲能量密度稍高时也会产生吸收性缺陷引起的锥形坑,但电子缺陷的损伤阈值更低;随着辐照脉冲能量密度的增大分层剥落逐渐成为主要的损伤形貌。分析认为,辐照激光波长的变化,引起吸收机制的变化从而导致了损伤阈值及损伤机制的差异。     

化学法制备的HfO2薄膜的激光损伤阈值研究

 采用化学法制备了HfO₂介质膜，研究了热处理、紫外辐照以及Al₂O₃复合对HfO₂介质膜激光损伤阈值的影响。采用红外光谱（FTIR）和X射线衍射仪对薄膜进行了表征，并用输出波长为1.064 μm、脉宽为10 ns的电光调Q激光系统测试薄膜的激光损伤阈值。实验结果表明：采用150 ℃左右的温度对薄膜进行热处理可以提高薄膜的激光损伤阈值，所获得的薄膜的激光损伤阈值高达42.32 J/cm²，比热处理前的激光损伤阈值提高了82%；无机材料Al₂O₃的适量添加能够提高薄膜的激光损伤阈值，其中HfO₂与Al₂O₃的最佳质量配比约为95∶5；另外，对薄膜进行适当的紫外辐照也可改善HfO₂ 薄膜以及HfO₂-Al₂O₃复合薄膜的抗激光损伤性能。紫外辐照对提高HfO₂-Al₂O₃复合薄膜的激光损伤阈值效果尤为显著，辐照40 min后的激光损伤阈值达到44.33 J/cm²，比紫外辐照前的激光损伤阈值提高了90%。     

500 fs超短脉冲激光对CCD探测器的破坏效应

 采用脉宽500 fs,脉冲能量250 μJ的超短脉冲激光辐照线阵CCD探测器,观察到了CCD从线性响应到像元饱和、饱和串音直至硬损伤的整个过程,并着重对两种辐照能量密度下的硬损伤机理进行了理论分析。结果表明：激光能量密度为0.45 μJ/cm²时,达到像元饱和;能量密度为0.14 J/cm²时,辐照6个脉冲后实现了CCD器件的硬损伤,硬损伤源于晶格被加热并汽化形成等离子体;能量密度为1.41 J/cm²时,单个脉冲就使CCD器件的输出波形无法辨认,2个脉冲后CCD器件没有任何信号输出,硬破坏源于电荷分离形成的电场库仑力。     

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。     

Ultraviolet laser-induced damage on fused silica substrate and its sol-gel coating

A comparative study of the laser-induced damage thresholds (LIDTs) of fused silica substrates and their sol-gel silica coatings was carried out with 355 nm laser irradiation. Chemical etching and superpolishing were employed in different ways to improve the substrate. The laser damage tests showed that the coated substrate was no more susceptible to laser damage than the bare substrate, showing that the substrate quality was the dominant factor limiting the LIDT for UV irradiation. In addition, it was found that high value of substrate microroughness was more harmful to the LIDT of the coated than the bare substrate, and that a proper combination of etching and superpolishing can optimize the LIDT.     

CO2激光局域辐照对熔石英损伤特性的影响

研究了CO₂激光局域辐照对熔石英损伤特性的影响, 发现当辐照中心温度较低时(1139 K), 辐照对损伤阈值没有明显影响, 但辐照中心温度较高时(1638 K), 辐照对损伤阈值有明显的影响, 损伤阈值随距离辐照中心间距的增大而减小, 在残余应力产生光程差最大处附近, 损伤阈值降到最小, 随着与辐照中心间距的进一步增加, 损伤阈值略有上升. 对导致此现象的原因做了分析. 由于残余应力的存在, 在辐照中心发生再损伤产生的裂纹后, 裂纹先沿径向扩展, 在残余应力产生光程差最大处附近, 裂纹转而向切向扩展, 这可能与径向和环向张应力随半径的变化有关. 在采用热处理炉退火消除残余应力时, 必须注意元件的洁净处理, 否则退火会出现析晶现象, 对损伤阈值和透射率造成不良影响. 关键词： 2激光局域辐照')" href="#">CO₂激光局域辐照 熔石英 损伤特性     

高功率脉冲电子束辐照SiO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;的光学和激光损伤性能

研究了不同剂量的60 kW高功率脉冲电子束辐照对高纯熔石英玻璃的微观结构、光学性能和激光损伤特性的影响规律. 光学显微图像表明, 辐照后熔石英样品由于热效应导致表面破裂, 裂纹密度和尺寸随辐照剂量增加而增大, 采用原子力显微镜分析表面裂纹的微观形貌, 裂纹宽度约1 um, 同时样品表面分布着大量尺寸约0.1–1μm的碎片颗粒. 吸收光谱测试表明, 所有样品均在394 nm处出现微弱的吸收峰, 吸收强度随着电子束辐照剂量增大呈现先增加后减小的趋势. 荧光光谱测试发现辐照前后样品均有3个荧光带, 分别位于460, 494和520 nm, 荧光强度随辐照剂量的变化趋势与吸收光谱一致. 利用355 nm激光研究了不同剂量电子束辐照对熔石英激光损伤阈值的影响, 结果表明熔石英的损伤阈值随着辐照剂量的增加而降低. 在剂量较低时, 导致熔石英激光损伤阈值下降的原因主要是色心缺陷; 剂量较高时, 导致损伤阈值降低的原因主要是样品表面产生的大量微裂纹和碎片颗粒对激光的调制和吸收. 关键词： 熔石英 电子束辐照 色心 激光损伤阈值     

1064 nm和532 nm纳秒激光同时辐照熔石英损伤规律的研究

利用Nd: YAG激光器研究基频(1064 nm)与倍频(532 nm)单独辐照和同时辐照下熔石英的损伤规律,对损伤几率进行了测试,获得损伤几率曲线与典型损伤形貌。研究结果表明:双波长同时辐照下的初始损伤阈值总是小于单波长辐照下的初始损伤阈值;基频光中加入定量倍频光后,熔石英对基频光的吸收效率提高;并且双波长同时辐照下,熔石英损伤密度增大;原因主要是熔石英表面缺陷对不同波长吸收机制的差异。     

预处理对355nm激光作用下熔石英损伤增长的影响

测试了经化学蚀刻、紫外激光预处理及其共同处理后的熔石英355 nm激光损伤阈值;研究了处理前后其损伤斑面积随激光辐照脉冲数的增长情况。结果表明,处理后熔石英355 nm激光损伤阈值得到了提高,且损伤斑面积增长变慢。利用CO2激光对熔石英表面损伤点进行了修复处理,修复后的损伤点R-on-1抗损伤阈值和基底阈值相当,损伤增长得到有效抑制。     

高精度损伤阈值测量中测试口径效应研究

 随着光学元件损伤阈值测试研究工作的深入开展，有效、准确地测量和描绘它们的激光损伤阈值需要考虑多个因素。从不同口径的测试光束入手，采用R∶ 1测试方式，运用R∶ 1平均阈值的新概念，讨论了相同样品用不同测试口径测试其损伤阈值时，所得测试结果与测试口径的关系。研究表明，随着测试口径的增大，相同样品的损伤阈值逐渐减小，当测试口径增大到一定值时，损伤阈值趋于稳定。