激光输出特性对介质薄膜损伤的影响

采用输出特性不同的几种激光器测量了多种介质光学薄膜的破坏阈值,并对典型的破坏过程进行显微分析.研究了激光输出特性的不同对薄膜损伤效果的影响在相同能量输出的条件下,脉冲激光比连续激光更容易形成有效的破坏;连续激光则能通过能量积累而更容易对作用目标造成烧蚀破坏.     

LD端面泵浦全固态连续单纵模3微米激光器的理论研究

理论研究了LD端面泵浦全固态连续单纵模3μm激光器的输出特性。基于对Er:YAG激光器的能量过程的分析,建立了考虑晶体热效应影响的速率方程模型,讨论了晶体控温温度、掺杂浓度、晶体长度、泵浦-振荡激光模式匹配比率、输出镜透射率、单向器插入损耗等参数对连续单纵模3μm激光输出特性的影响,为高功率连续单纵模3μm激光光源的设计和优化提供了理论依据。     

光纤光栅对的参数匹配与激光输出特性

高功率光纤激光器的激光输出特性优化,对进一步提高光纤激光器的输出功率以及实际应用中的切割、加工质量具有重要意义.斜率效率、背向漏光以及受激拉曼散射是高功率光纤激光器设计中较为关心的输出特性参数.作为核心器件,光纤光栅对的参数设计与匹配,会直接影响到整个激光系统的性能.本文旨在探究光纤光栅对的参数匹配对激光输出特性的影响,先是通过理论分析分别阐述了斜率效率、背向漏光以及受激拉曼散射的来源与相互关系;然后通过实验设计,采取了两组不同参数光纤光栅对组合,从实验上分别探究了低反光纤光栅的光谱带宽以及反射率对激光输出特性的影响.最后得出了光纤光栅对的优化参数与匹配原则,为提高连续光纤激光器的激光输出特性提供了理论支持与参考价值.     

半导体激光无线传能中光伏电池转换效率

为选择合适的激光参量与光伏电池参量,以提高激光无线能量传输(LWPT)系统的能量转换效率,通过实验研究了LWPT系统中能量接收单元,也即光伏电池在半导体激光照射下的输出特性。通过波长为808 nm和915 nm的激光辐照GaAs和Si光伏电池,研究了不同激光功率密度、光伏电池温度、电池类型以及激光入射角度对光伏电池输出特性与能量转换效率的影响。实验中,在波长为808 nm的激光功率密度从0.06 W/cm2上升至0.37 W/cm2的过程中,Si电池的最大输出功率从0.12 W上升至0.32 W,能量转换效率从50.9%下降至21.2%;GaAs电池的最大输出功率从0.40 W上升到1.07 W,能量转换效率从57.9%下降至23.8%。随着激光功率密度的增加,光伏电池的输出功率先增加而后趋于饱和,但是高功率密度激光引起的电池温升会导致其光电转换效率的下降,所以激光功率密度的选择与光伏电池温度的控制是提高LWPT系统能量转换效率的关键因素。     

1.06μm连续与脉冲激光对GaAs材料的联合破坏效应

 通过1.06μm连续激光和脉冲激光联合破坏GaAs材料的实验研究, 给出了GaAs材料在三种不同的连续激光功率密度辐照下, 所需脉冲激光的破坏阈值, 结果表明, 联合破坏时所需脉冲激光的破坏阈值小于单独使用脉冲激光的破坏阈值。根据轴对称二维热模型, 计算了三种情况下连续激光辐照时GaAs材料的表面温度分布曲线及表面辐照中心处温升随辐照时间的关系, 并估算了其后作用的脉冲激光对材料的温升, 对实验及计算结果进行了分析, 并着重比较了联合破坏方式和单独破坏方式的优缺点。     

1.06μm连续与脉冲激光对GaAs材料的联合破坏效应

通过1.06μm连续激光和脉冲激光联合破坏GaAs材料的实验研究, 给出了GaAs材料在三种不同的连续激光功率密度辐照下, 所需脉冲激光的破坏阈值, 结果表明, 联合破坏时所需脉冲激光的破坏阈值小于单独使用脉冲激光的破坏阈值。根据轴对称二维热模型, 计算了三种情况下连续激光辐照时GaAs材料的表面温度分布曲线及表面辐照中心处温升随辐照时间的关系, 并估算了其后作用的脉冲激光对材料的温升, 对实验及计算结果进行了分析, 并着重比较了联合破坏方式和单独破坏方式的优缺点。     

电子束泵浦XeCl准分子激光器及应用

为了获得高能紫外激光输出,开展了电子束泵浦XeCl准分子激光技术研究。详细介绍了四向电子束泵浦准分子激光装置的工作原理和结构特征,简述Marx发生器的放电电压、放电电流,激光气室中的沉积能量,激光脉冲能量、脉宽等参数的测量方法;研究了电子束泵浦XeCl准分子激光输出特性,得到了激光脉冲能量随激光气室内混合气体气压变化的规律,当激光器的充电电压为81kV时,获得了能量100J、脉宽200ns的XeCl准分子激光输出,其本征效率约为3.2%。并且开展了XeCl准分子激光辐照涂层材料力学特性研究,采用微型红外通光冲量探头测量不同条件下激光辐照涂层材料的冲量耦合系数,在常压空气环境中的冲量耦合系数约为8.32×10-5 N·W-1。     

激光辐照下充压柱壳的破坏能量阈值数值模拟

采用有限元方法模拟了激光辐照下充压柱壳的热力学响应,计算了不同工况下结构的瞬态温度场和应力场,根据材料强度准则判断了柱壳的破坏时刻,并提出了一种预测激光辐照下充压柱壳破坏能量阈值的数值方法。研究了壳体厚度和内压大小对柱壳破坏能量阈值的影响,并给出了典型工况下柱壳破坏能量阈值同壳体厚度以及充压大小的关系。数值计算结果表明:破坏能量密度阈值与壳体厚度、内压大小近似成线性关系,壳体厚度比内压大小对柱壳的激光破坏能量阈值影响更大。     

大模面积掺Yb3+双包层光纤激光器的实验研究

本文研究了在连续泵浦和脉冲泵浦两种情况下, 大模面积（LMA）掺Yb³⁺双包层光纤激光器的输出特性. 采用连续泵浦, 在最大泵浦功率为10.4 W时, 得到了平均功率4.6 W、中心波长1.09 μm的准连续激光输出. 采用脉冲泵浦, 得到了脉宽小于50 ns、峰值功率为5.3 kW、重复频率为5 kHz、单脉冲能量为0.26 mJ的稳定的调Q脉冲输出.     

斜面棒对激光输出特性的影响

本文描述了斜面的Nd~(8+):YAG棒对激光输出特性的影响,初步分析了斜面的Nd~(8+):YAG棒较平面棒不易产生自振和超辐射。通过四解级系统,分析了自振和超辐射对激光输出能量和效率的影响,并简述了斜面的调整方法及对激光能量的影响。     

多脉冲激光对K9玻璃的表面损伤实验研究

 实验研究了波长为1 064 nm、脉宽为10 ns、重复频率为1 Hz的激光脉冲对K9玻璃的表面损伤特点,给出了脉冲透过能量随激光脉冲作用次数变化的规律。采用3维立体显微镜对损伤形貌进行观察,发现K9玻璃的损伤表面呈环状分布,分为烧蚀区、微裂纹区和断裂区。随着激光脉冲个数的增加,损伤由点状破坏演变为损伤区,微裂纹逐渐增长,损伤面积逐渐增大。基于激光支持的爆轰波理论分析,激光与脆性材料的相互作用可引起微裂纹的大量增长。在多脉冲激光的作用下,K9玻璃损伤的累积效应明显,表面损伤阈值明显降低,表面裂纹增长明显,损伤面积逐渐增大;但随着激光脉冲的继续增加,这种损伤趋于稳定。     

离子辅助沉积氧化物薄膜的光学特性

考察了不同离子、离子能量、离子束流密度等制备参数对离子辅助沉积的TiO_2、ZrO_2和SiO_2薄膜的折射率、吸收和激光损伤阈值等光学特性的影响。     

超声清洗与激光预处理对减反膜阈值的影响

 研究了超声清洗和激光预处理两种后处理手段对减反膜的损伤特性的影响。采用电子束蒸发技术制备了1 064 nm减反膜，利用超声清洗及激光预处理的方法分别对样品进行处理，并对处理前后的样品分别进行激光损伤阈值测试及破斑深度测量。结果表明：处理后减反膜的损伤阈值均有所提升，但激光预处理的阈值增强效果更加明显；超声清洗前后的破斑深度没有大的变化，而激光预处理后的破斑深度比处理前浅得多；原因在于超声清洗只能去除表面杂质，激光预处理可减少和抑制膜层内较深处的缺陷。     

Effect of λ/2 SiO_2 overcoat on the laser damage of HfO_2/SiO_2 high-reflector coatings

The effect of λ/2 SiO2 overcoat on the laser damage characteristics of HfO2/SiO2 high-reflector (HR) coatings is investigated with 1-on-l and N-on-1 laser damage test methods. The laser damage surface of 1-on-l is analyzed by a step analyzer. The surface morphologies show that laser damage makes the coating damaged area protrudent and rough for HR coating without λ/2 silica overcoat, but concave and smooth for HR coating with A/2 silica overcoat. The result of 10-on-l multi-pulse irradiation on the same point of the coating shows that there is an energy density stage on the damage curve. If the laser energy density is within the range of the stage, HfO2/SiO2 HR coatings with λ/2 silica overcoat will not be damaged more than 2 times for multi-shots, and the surface damages are very slight so that there is no impact on the coating performance. Another interesting result is that the energy density stage extends from the damage threshold to the point of about 3 times of threshold, which is similar to the     

光学薄膜的小光斑扫描激光预处理研究

激光预处理是一种提高光学薄膜破坏阈值的新技术。采用小光斑扫描并逐步提高预处理能量的方法,对不同类型的薄膜进行了激光预处理。实验结果发现,除了ＨｆＯ２／ＭｇＦ２多导反射膜外,其它样品的０几率破坏阈值Ｆ０％、发生破坏的最低能量密度值ＦＤｍｉｎ１、不发生破坏的最高能量密度值ＦＮＤｍａｘ以及５０％几率损伤阈值Ｆ５０％都有不同程度的提高。这说明,激光预不仅可以清除薄膜听杂质和缺陷,而且可以改进薄膜的整体性能     

HfO_2/SiO_2高反射膜的缺陷及其激光损伤

用原子力、Normaski和扫描电子显微镜等分析仪器 ,对高损伤阈值薄膜常采用的 Hf O2 /Si O2 薄膜进行了表面显微图象研究 ,分析了薄膜常见的表面缺陷 ,如节瘤 ,孔洞和划痕等。薄膜表面缺陷的激光损伤实验表明 ,不同缺陷的抗激光损伤能力大不相同 ,节瘤缺陷最低 ,约为 1 5 J/ cm2 ,薄膜的损伤阈值主要由其决定 ,孔洞的激光损伤能力与节瘤相比较高 ,约为节瘤的 2～ 3倍。节瘤缺陷在低能量密度的激光损伤所形成的孔洞 ,与镀制过程中形成的孔洞形貌相似 ,激光再损伤能力也相似。低能量密度的激光把节瘤缺陷变为孔洞缺陷是激光预处理提高薄膜损伤阈值的原因之一     

吸收杂质热辐射诱导光学薄膜破坏的热力机制

光学元件的破坏是限制高功率激光系统发展的主要问题,理解光学元件的破坏机制对于高功率激光系统的设计、运行参量选择以及器件技术发展有重要影响.以热辐射模型为基础研究了杂质吸收诱导光学薄膜破坏的热力过程.研究发现薄膜发生初始破坏所需时间很短,脉冲的大部分时间是引起薄膜发生更大的破坏.在考虑吸收杂质发生相变的情况下,计算了吸收杂质汽化对薄膜产生的蒸汽压力,论证了薄膜发生宏观破坏的可能性.此模型能很好地解释光学薄膜的平底坑破坏形貌.     

HfO2／SiO2高反射膜的缺陷及其激光损伤

用原子力、Normaski和扫描电子显微镜等分析仪器,对高损伤阈值薄膜常采用HfO2/SiO2薄膜进行了表面显微图象研究,分析了薄膜常见的表面缺陷,如节瘤,孔洞和划痕等。薄膜表面缺陷的激光损伤实验表明,不同缺陷的抗激光损伤能力不大相同。节瘤缺陷最低,约为15J/cm^2,薄膜的损伤阈值主要由其决定,孔洞的激光损伤能力与节瘤相比较高,约为节瘤的2－3倍。节瘤缺陷在低能量密度的激光损伤所形成的孔洞,与镀制过程中形成的孔洞形貌相似,激光再损伤能力也相似。低能量密度的激光把瘤缺陷变为孔洞缺陷是激光预处理提高薄膜损伤阈值的原因之一。     

Modified porous silica antireflective coatings with laser damage resistance for Ti:sapphire

Porous SiO2 antireflective (AR) coatings are prepared from the colloidal silica solution modified with methyltriethoxysilane (MTES) based on the sol-gel route. The viscosity of modified silica suspensions changes but their stability keeps when MTES is introduced. The refractive indices of modified coatings vary little after bake treatment from 100 to 150 ℃. The modified silica coatings on Ti:sapphire crystal,owning good homogeneity, display prominent antireflective effect within the laser output waveband (750-850 nm) of Ti:sapphire lasers, with average transmission above 98.6%, and own laser induced damage thresholds (LIDTs) of more than 2.2 J/cm2 at 800 nm with the pulse duration of 300 ps.     

KrF Laser-induced Damage to ZrO_2/SiO_2 Coatings

ＫｒＦＬａｓｅｒ－ｉｎｄｕｃｅｄＤａｍａｇｅｔｏＺｒＯ_２／ＳｉＯ_２Ｃｏａｔｉｎｇｓ￥ＷＡＮＧＮａｉｙａｎ；ＧＡＯＨｕａｉｌｉｎ（ＣｈｉｎａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｔｏｍｉｃＥｎｅｒｇｙ，Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ２７５－７，Ｂｅｊｉｊｎｇ１０２４１３，Ｃｈｉｎ...