150fs～10ps脉宽下熔石英激光损伤的仿真与分析

基于约化电子数密度增长速率方程,建立了熔石英导带电子数密度随脉冲持续时间变化的模型。利用电子数临界密度这一概念,得到了150fs~10ps脉宽下,熔石英激光损伤阈值范围。分析表明,5~10ps,雪崩电离仍然起主要作用,而光致电离提供的初始电子使雪崩电离不再依赖材料原有的初始电子;当脉宽减小到约为4ps时,光致电离与雪崩电离作用相等;之后,光致电离起主要作用。通过仿真出的损伤阈值拟合,得到了该脉宽区间下新的脉宽定律:熔石英的损伤阈值正比于脉宽的0.38次方;考虑温度对熔石英损伤阈值的影响,熔石英的损伤阈值正比于脉宽的0.34次方。     

飞秒激光激发空气电离的阈值研究

报道在脉宽50fs—22ps，波长800nm脉冲激光作用下的空气电离阈值的研究结果.利用探测等离子体发光信号的方法，实验测量了激发空气电离所需的阈值激光强度.结果表明，当激光脉冲宽度从50fs增加到22ps时，阈值光强I_th从8.7×10¹⁴W/cm²下降到2.7×10¹³W/cm²；I_th经历了由迅速降低逐渐发展为缓慢降低的过程.在50fs—1p     

周期量级超短激光脉冲作用下导带电子的光吸收与碰撞电离

激光照射下光学材料的损伤过程中，导带电子的加热和碰撞电离是非常重要的过程，影响着导带电子的产生、晶格能量的沉积和破坏.分析了Drude模型的局限性，从经典力学出发求解了周期量级激光场中导带电子的运动方程，计算了导带电子的光吸收和碰撞电离，分析了激光强度、载波相位等对碰撞电离的影响. 关键词： 周期量级超短激光脉冲 导带电子 碰撞电离     

SiO2半波覆盖层对HfO2/SiO2高反膜激光损伤的影响

 研究了SiO₂半波覆盖层对HfO₂/SiO₂高反射膜1064nm激光损伤的影响,分析薄膜的激光损伤特性及图貌得出, 对于单脉冲（1-ON-1）激光损伤,SiO₂半波覆盖层能提高HfO₂/SiO₂高反膜的激光损伤阈值;可显著降低激光损伤程度,减小灾难性损伤发生的概率;可大幅度提高HfO₂/SiO₂高反膜膜的抗激光损伤能力。     

用1064nm激光增强HfO2/SiO2薄膜的抗激光损伤能力的实验研究

 用1 064nm激光实验研究了HfO₂/SiO₂薄膜的激光损伤增强效应，实验以薄膜激光损伤阈值70%的激光能量开始，采用N-ON-1方式处理薄膜，激光脉冲的能量增量为5J/cm²。实验结果表明，激光处理薄膜表面能使激光损伤阈值平均提高到3倍左右，并且薄膜的损伤尺度也明显减小。对有缺陷的薄膜，其缺陷经低能量激光后熔和消除，其抗激光损伤能力得到增强，但增强得并不显著，而薄膜本身的激光预处理，可以使其激光损伤阈值大大提高。     

溶胶-凝胶光学薄膜的激光损伤研究

 采用溶胶-凝胶工艺制备了SiO₂与ZrO₂单层介质膜，用输出波长1.06μm，脉宽15ns的电光调Q激光系统产生的强激光进行辐照实验。观察了光学薄膜经强激光辐照后的损伤情况，讨论了溶胶 凝胶光学薄膜在强激光照射下的损伤机理，提出了溶剂替换、紫外光处理、添加有机粘接剂等提高溶胶 凝胶光学薄膜激光损伤阈值的方法。     

SiO2内保护层对LiB3O5晶体倍频增透膜损伤阈值的影响

 利用离子辅助电子束沉积方法在LiB₃O₅基底上镀制了不加SiO₂内保护层和加SiO₂内保护层的倍频增透膜，测量了两类薄膜在波长1 064 nm多脉冲辐照下的激光损伤阈值，获得了两种不同的损伤形貌，并对损伤原因作了初步探讨。实验结果表明：保护层的加入把由基底膜层界面缺陷吸收所决定的阈值改变到由HfO₂膜层内缺陷吸收所决定的阈值，显著提高了倍频增透膜的抗激光损伤能力。     

基于Fokker-Planck方程的电介质材料短脉冲激光破坏机制分析

基于Pokker-Planck方程,建立一个描述短脉冲激光作用下电介质材料中导带电子能量分布随时间变化的模型,用数值方法计算电子能量分布与电子数密度随时间的演化过程,根据临界等离子体密度准则得到了不同激光脉冲宽度和波长下电介质材料(以SiO<,2>为例)的破坏阈值.结果发现,尽管激光波长通过3种途径对材料破坏阈值的确定...     

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。     

激光波长及脉宽对光学材料抗损伤性能的影响

 基于能带理论,利用激光与光学材料相互作用的理论模型,研究了激光辐照下材料导带自由电子数密度的变化,讨论了材料损伤阈值与激光波长、脉冲宽度、材料禁带宽度之间的关系,数值分析了激光波长和脉冲宽度对损伤阈值的影响。结果表明:当脉宽小于1 ps时,材料损伤阈值随脉宽增大而减小;当脉宽大于1 ps时,材料损伤阈值随脉宽增大而增大;激光波长为10 fs~10 ns,损伤阈值随着波长的减小而减小。     

飞秒激光的波长对SiC材料烧蚀的影响

利用10倍的显微物镜将近红外飞秒激光脉冲汇聚到宽带隙半导体材料6H SiC的前表面,研究样品的烧蚀及诱导微细结构。用扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)及光学显微镜测量烧蚀斑。利用烧蚀面积与激光脉冲能量的关系确定SiC的烧蚀阈值。给出了SiC样品的烧蚀阈值与飞秒激光波长的依赖关系。实验结果表明,可见光区随波长增加,烧蚀阈值从0.29J/cm2增加到0.67J/cm2;而在近红外区,SiC的烧蚀阈值为0.70J/cm2左右,基本上不随激光波长变化而改变。结合计算结果,可以认为在飞秒激光烧蚀SiC的过程中,在近红外区,光致电离和碰撞电离均起到了重要的作用;而在可见光区,光致电离的作用相对大一些。     

飞秒激光激发空气电离的阈值研究

报道在脉宽50fs—22ps,波长800nm脉冲激光作用下的空气电离阈值的研究结果.利用探测等离子体发光信号的方法,实验测量了激发空气电离所需的阈值激光强度.结果表明,当激光脉冲宽度从50fs增加到22ps时,阈值光强I_th从8.7×10¹⁴W/cm²下降到2.7×10¹³W/cm²;I_th经历了由迅速降低逐渐发展为缓慢降低的过程.在50fs—1p 关键词： 飞秒激光 阈值 多光子电离 碰撞电离     

碳、氮原子内壳层光电离X射线激光的理论探讨

提出了分析碳、氮原子内壳层光电离X射线激光的解析模型,对C原子K壳层光电离X射线激光的增益进行了理论计算。采用随时间线性增加的X射线抽运速率推导出了激光增益系数随抽运速率的上升速率、原子浓度以衣时间变化的解析表达式,给出了峰值时间和峰值增益。在理论上定量地分析了产生X射线激光所需的激光条件和最佳参数的选取,数值模拟与理论计算的结果是一致的。另外,对N原子K壳层光电离X射线激光作了类似的分析。     

Femtosecond laser ablation of crystals SiO2 and YAG

Damage threshold of crystals SiO₂ and YAG against 60-900 fs, 800 nm laser pulses are reported. The breakdown mechanisms were discussed based on the double-flux model and Keldysh theory. We found that impact ionization plays the important role in the femtosecond laser-induced damage in crystalline SiO₂, while the roles of photoionization and impact ionization in YAG crystals depend on the laser pulse durations.     

Ultra-short laser ablation of dielectrics: Theoretical analysis of threshold damage fluence and ablation depth

A coupled theoretical model based on Fokker–Planck equation for ultra-short laser ablation of dielectrics is proposed. Multiphoton ionization and avalanche ionization are considered as the sources during the generation of free electrons. The impact of the electron distribution in thermodynamic nonequilibrium on relaxation time is taken into account. The calculation formula of ablation depth is deduced based on the law of energy conservation. Numerical calculations are performed for the femtosecond laser ablation of fused silica at 526 and 1053 nm. It shows that the threshold damage fluences and ablation depths resulted from the coupled model are in good agreement with the experimental results; while the damage thresholds resulted from the approximate model significantly differ from the experimental results for lasers of long pulse width. It is concluded that the coupled model can better describe the micro-process of ultra-short laser ablation of dielectrics.     

Effect of standing-wave field distribution on femosecond laser-induced damage of HfO_2/SiO_2 mirror coating

Single-pulse and multi-pulse damage behaviors of "standard"(with λ/4 stack structure) and "modified"(with reduced standing-wave field) HfO2/SiO2 mirror coatings are investigated using a commercial 50-fs,800-nm Ti:sapphire laser system.Precise morphologies of damaged sites display strikingly different features when the samples are subjected to various number of incident pulses,which are explained reasonably by the standing-wave field distribution within the coatings.Meanwhile,the single-pulse laser-induced damage threshold of the "standard" mirror is improved by about 14% while suppressing the normalized electric field intensity at the outmost interface of the HfO2 and SiO2 layers by 37%.To discuss the damage mechanism,a theoretical model based on photoionization,avalanche ionization,and decays of electrons is adopted to simulate the evolution curves of the conduction-band electron density during pulse duration.     

高频激光脉宽对原子光电子发射谱的影响

采用广义含时伪谱方法数值求解原子在激光脉冲作用下的动量空间含时薛定谔方程,研究了高频激光脉宽对原子光电子发射谱的影响.数值模拟表明,随着激光脉冲宽度的增加,光电子谱干涉结构的振荡幅值逐渐减小,其最大峰值的强度和位置取决于产生有效电离的最大即时强度.通过分析光电子谱的变化规律能进一步加深对高频强场电离产生的动力学干涉效应的理解.     

光学薄膜激光诱导损伤机理研究

基于电子密度演化模型,借助数值方法,研究了飞秒激光作用下光学薄膜内的电子密度演化过程,讨论了初始电子密度Ni和激光脉冲宽度τ对光学薄膜激光损伤阈值Fth的影响,分析了激光诱导薄膜损伤过程中MPI和AI的性质和作用.研究结果表明,对应于一定的脉宽,存在一个临界初始电子密度,当Ni低于这一临界密度时,Fth不受Ni影响;当Ni高于临界密度时,Fth随Ni增加而降低.临界初始电子密度随着脉宽的减小而增加。对于FS和BBS介质薄膜,Fth随脉宽的增加而升高。初始电子密度Ni对BBS中的MPI和AI基本没有影响;同样Ni对FS中的AI基本不产生影响,但当Ni>1011 cm－3时,FS中MPI电子密度随Ni增加而降低.在所研究的脉宽范围τ∈［0.01,5］ps,AI是FS介质激光诱导损伤的主要机制.而对于BBS,当脉宽τ∈［0.03,5］ps,AI是激光诱导损伤的主要机制;当脉宽τ∈［0.01,0.03］ps,MPI在激光诱导损伤中占主导地位.