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。     

多脉冲激光作用下光学薄膜损伤的累积效应

研究了高反射膜在多脉冲激光作用下损伤的累积效应.实验中使用1064nm调Q的Nd∶YAG激光器，脉宽是12 ns，频率为10 Hz.实验发现:高反射膜的损伤阈值随辐照脉冲数增加而降低，表现出明显的累积效应.通过对损伤阈值和损伤概率以及辐照次数的统计性研究，并结合单脉冲辐照的结果，说明了存在于薄膜中微小的缺陷参与了多脉冲激光对薄膜的损伤过程,得到了制备IBS高反射膜的损伤阈值和照射次数的关系式，用Nomarski偏光显微镜观察了实验过程中样品的损伤形貌，发现是典型的缺陷损伤.     

重复率激光作用下光学薄膜损伤的累积效应

使用脉宽12 ns,频率10 Hz的1064 nm调Q NdYAG激光器,研究了高反射膜在重复率激光作用下的损伤的累积效应.实验发现,高反射膜的损伤阈值随辐照脉冲数增加而降低,表现出明显的累积效应.通过对损伤阈值和损伤概率以及辐照次数的统计性研究,并结合单脉冲辐照的结果,说明了存在于薄膜中微小的缺陷参与了多脉冲激光对薄膜的损伤过程.可用预损伤机制解释实验结果.得到了关于IBS制备的高反射膜的损伤阈值和照射次数的关系式,并用实验结果进行验证,发现具有很好的一致性.实验过程中样品的损伤形貌通过Nomarski偏光显微镜进行了观察,发现是典型的缺陷损伤.     

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     

高功率脉冲电子束辐照SiO_2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1μm,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.     

Q开关Nd:YAG脉冲激光对红外滤光片的损伤效应

 介绍了由滤光片膜层结构决定的激光在光学薄膜中形成温度场及驻波场特性。用1.06μm调Q Nd:YAG激光器，在激光脉冲宽度10ns和光斑直径0.61μm的条件下，进行了激光辐照红外滤光片的损伤特性实验研究。根据脉冲激光辐照红外滤光片后样品损伤分析，发现滤光片的最初损伤发生在里面的膜层中，从而在实验上验证了计算得到的滤光片膜层中存在其温度场及驻波场的结果。它对提高红外滤光片的抗激光辐照能力研究具有一定的参考价值。     

基于激光不同加载方式下CCD损伤特性的时间演化规律

为了探究高功率连续激光作用下CCD的损伤特性随时间的演化规律,根据其结构特点和工作原理,建立了1.06μm连续激光辐照CCD的六层结构热力耦合三维模型。综合考虑了微透镜聚焦和铝膜开口率等因素的影响,通过改变CCD不同损伤阶段的激光辐照方式,数值模拟分析了CCD多层结构的层层损伤机理,研究了CCD各个损伤阶段的时间阈值,并与实验结果进行了对比。结果表明,微透镜聚焦光束阶段,微透镜由于熔点较低,发生熔融分解,CCD表现为点损伤;微透镜熔融阶段,失去聚光能力,在应力损伤和熔融损伤共同作用下,铝膜层熔融剥落,表现为纵向亮线损伤;铝膜层熔融剥落阶段,激光直接辐照在硅电极上,硅电极上表面熔融,造成布线电路的损伤,导致部分像元中的电荷无法转移,出现横向暗线损伤;最后,SiO_2绝缘层受剪切应力而断裂,使得硅电极和硅基底相互导通,造成完全损伤。实验与仿真结果趋势一致,误差较小,相互验证。     

基频HfO2/SiO2高反射薄膜激光损伤生长特性

以1064 nm波长作用下的HfO2/SiO2高反射薄膜为研究对象,研究了高反射薄膜在损伤生长过程中分层剥落初始损伤结构的变化规律、损伤形貌特征和损伤生长阈值等特性。实验结果表明:分层剥落初始损伤结构的横向尺寸随激光能量密度的增加呈分段线性增长,破斑沿纵向拓展的损伤生长阈值是沿横向拓展的损伤生长阈值的2倍以上,初始损伤结构横向尺寸的生长率与能量密度呈指数关系,且生长阈值随着辐照次数的增加显著降低。     

单脉冲飞秒脉冲激光对单层和高反光学薄膜的损伤

用电子束蒸发的方法在BK7玻璃上制备了ZrO2单层膜和ZrO2/SiO2高反膜,利用掺Ti:sapphire飞秒激光系统输出的中心波长为800 nm,脉宽为50 fs的激光脉冲对这两种样品进行了激光损伤阈值测试.实验结果表明,ZrO2单层膜的阈值比ZrO2/SiO2高反膜的高;这与传统的纳秒脉冲激光的损伤情况相反.利用光离化和碰撞离化激发电子到导带,形成电子等离子体基本模型并对此现象进行了解释.同时,用显微镜对样品的损伤形貌进行了观测,对损伤的特点进行了表征.     

表面Al膜污染物诱导熔石英表面损伤特性

在熔石英表面人工溅射一层Al膜污染物,分别测试污染前后熔石英基片在355 nm波长激光辐照下的损伤阈值,并采用透射式光热透镜技术、椭偏仪和光学显微镜研究了污染物Al膜的热吸收、厚度以及激光辐照前后熔石英的损伤形貌。用355 nm波长的脉冲激光分别辐照位于污染的熔石英和洁净的熔石英前后表面的损伤点,并用显微镜在线采集损伤增长图样,测试损伤点面积。实验表明:熔石英前表面的金属Al膜污染物导致基片损伤阈值的下降约30%,后表面的污染物导致基片下降约15%,位于熔石英样片后表面损伤点面积随激光辐照次数呈指数增长,而位于前表面的损伤点面积与激光脉冲辐照次数呈线性增长关系;带有污染的熔石英样片的增长因子比洁净的熔石英样片的增长因子高30%。     

Irradiation effects of CO2 laser parameters on surface morphology of fused silica

To understand the surface morphology evolution of fused silica induced by 10.6-μm CO2 laser irradiation at different parameters,this paper reports that optical microscopy,profilometry,and hydrophilicity tests are utilized to characterize the surface structure and roughness of the laser irradiated area. The results show that three typical surface morphologies and two typical hydrophilicity test images are observed at different laser powers and pulse durations. The correlations between surface temperature and surface morphology as well as hydrophilicity behaviours are presented. The different hydrophilicity behaviours are related to surface structures of the laser-induced crater and thermal diffusion area. The thermal diffusion length monotonously increases with increasing laser power and pulse duration. The crater width is almost determined by the laser beam size. The crater depth is more sensitive to the laser power and pulse duration than the crater width.     

红外连续激光反射镜热畸变的有限元分析

 基于热传导方程和热弹方程，利用有限元分析方法，就光斑尺寸远大于或接近于基底材料热扩散长度的情况以及反射镜在固定或自由的边界条件下，分别计算了硅和石英两种基底材料多层膜红外连续激光反射镜的最大温升、最大形变及最大热应力，并探讨了它们随光斑尺寸的变化规律。结果表明：在自由边界条件下，反射镜表面的最大轴向位移与光斑半径之间近似为线性关系；而在固定边界条件下，反射镜的最大热应力与光斑半径之间近似为线性关系；反射镜的夹持状态对最大轴向位移及最大热应力的影响随着光斑尺寸的增加而增强；在相同的入射激光光源及相同的边界条件下，硅镜具有较低的温升值或较高的抗热损伤阈值，而石英镜具有较好的抗热畸变特性。     

紫外准分子激光损伤典型光学材料的特性分析

根据已经建立的紫外准分子激光损伤典型光学材料的理论模型,研究了准分子激光对透明光学材料（石英玻璃）和非透明光学材料（K9玻璃）的损伤特性,并结合实验结果证实了理论模型的有效性。研究表明：在准分子激光对非透明光学材料辐照下,激光光斑半径越大,产生的热应力和温度越小;脉宽越小,产生的热应力越大;随着脉冲数的增加,温度和热应力都逐渐增大。值得注意的是,当重频增加至45 Hz以上时,熔融损伤阈值开始低于应力损伤阈值,这说明当重频增加到一定程度时,非透明光学材料将首先产生熔融损伤,而不再是应力损伤。在准分子激光对透明光学材料辐照下,杂质微粒的半径和掩埋深度对光学材料温度场分布有着重要影响。但当杂质半径和掩埋深度超过一定的数值时,杂质粒子的存在与表面温度并无联系。理论模型能够较好地解释石英玻璃前/后表面相同的初始损伤形貌特征。     

Damage characteristics of laser plasma shock wave on rear surface of fused silica glass

The damage to the rear surface of fused silica under the action of high power laser is more severe than that incurred by the front surface, which hinders the improvement in the energy of the high power laser device. For optical components,the ionization breakdown by laser is a main factor causing damage, particularly with laser plasma shock waves, which can cause large-scale fracture damage in fused silica. In this study, the damage morphology is experimentally investigated, and the characteristics of the damage point are obtained. In the theoretical study, the coupling and transmission of the shock wave in glass are investigated based on the finite element method. Thus, both the magnitude and the orientation of stress are obtained. The damage mechanism of the glass can be explained based on the fracture characteristics of glass under different stresses and also on the variation of the damage zone's Raman spectrum. In addition, the influence of the glass thickness on the damage morphology is investigated. The results obtained in this study can be used as a reference in understanding the characteristics and mechanism of damage characteristics induced by laser plasma shock waves.     

HfO_2/SiO_2薄膜的激光预处理作用研究北大核心CSCD

激光预处理是提高激光薄膜抗激光损伤阈值的重要手段。对电子束蒸发方式镀制的HfO2/SiO2反射膜采用大口径激光进行了辐照,并采用激光量热计测量了激光辐射前后的弱吸收值。采用聚焦离子束(FIB)技术分析了激光辐照后薄膜的损伤形态并探究了损伤原因,首次采用扫描电镜拍摄到了节瘤部分喷发时的形貌图,并对其进行了FIB分析,为进一步了解节瘤的损伤过程提供了依据。实验发现,激光辐照过后的激光薄膜弱吸收明显降低,激光预处理有效减少了引起薄膜吸收的缺陷,存在明显的清洗效应;在本实验采用的HfO2/SiO2反射膜中,激光预处理技术对于祛除位于基底上种子形成的节瘤是有效的,原因是激光辐射过后该节瘤进行了预喷发并不会对后续激光产生影响;而激光预处理技术对位于膜层中间的可能是镀膜过程中材料飞溅引起的缺陷是无效的,需要通过其他手段对该类节瘤进行祛除。     

High temperature thermal behaviour modeling of large-scale fused silica optics for laser facility

High temperature annealing is often used for the stress control of optical materials.However,weight and viscosity at high temperature may destroy the surface morphology,especially for the large-scale,thin and heavy optics used for large laser facilities.It is necessary to understand the thermal behaviour and design proper support systems for large-scale optics at high temperature.In this work,three support systems for fused silica optics are designed and simulated with the finite element method.After the analysis of the thermal behaviours of different support systems,some advantages and disadvantages can be revealed.The results show that the support with the optical surface vertical is optimal because both pollution and deformation of optics could be well controlled during annealing at high temperature.Annealing process of the optics irradiated by CO2 laser is also simulated.It can be concluded that high temperature annealing can effectively reduce the residual stress.However,the effects of annealing on surface morphology of the optics are complex.Annealing creep is closely related to the residual stress and strain distribution.In the region with large residual stress,the creep is too large and probably increases the deformation gradient which may affect the laser beam propagation.     

激光诱导熔石英表面损伤修复中的气泡形成和控制研究

基于熔石英材料在CO_2激光作用下的温度分布和结构参数变化的计算结果,对熔石英损伤修复中的气泡形成和控制进行了研究.针对损伤尺寸介于150—250μm之间的损伤点,提出了一种能够有效控制气泡形成的长时间低温预热修复方法.基于低温下熔石英材料结构弛豫时间常数较长的特点,该方法在不引起熔石英材料结构发生显著变化的同时,能够解吸附表面和裂纹处所附着的气体和杂质,可有效降低裂纹闭合过程中气泡形成的概率.实验结果表明,长时间低温预热修复方法的成功修复概率可达到98%.     

抑制损伤发展的CO_2激光修复技术及机理研究

熔石英表面激光损伤发展问题一直制约着激光器的运行通量。采用CO2激光在线熔融修复损伤点,修复后形成一个光滑的高斯坑,去除了损伤点中的裂纹,平滑了凹凸不平的表面,并且在紫外脉冲激光作用下,修复斑再次产生损伤的阈值高于熔石英元件的损伤生长阈值。因此CO2熔融修复技术能有效地抑制损伤发展。通过分析CO2激光作用下熔石英表面的温度分布,讨论修复坑的形成过程,确定激光参数对修复效果的影响,为寻找最佳修复参数提供理论基础。同时利用原子力显微镜(AFM)、轮廓仪细致分析损伤点和修复斑的微细结构,采用有限差分时域方法计算损伤点和修复斑周围的光强分布,探索消除裂纹和平滑表面对抑制损伤生长的作用。     

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。     

SiO2半波覆盖层对HfO2／SiO2高反射膜激光损伤的影响

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高反射膜的激光损伤厨值,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FIfO2／SiO2高反射膜的抗激光损伤能力。