ns脉冲激光对K9玻璃的破坏实验

 采用高速PIN光电探测器和高带宽的数字存储示波器，实时检测透射光脉冲和散射光脉冲的变化特征，并将之用作材料破坏的光学判据，测量得到K9玻璃在1.06μm纳秒脉冲激光作用下的能量损伤阈值约18mJ，相应的能量密度阈值为1.0kJ/cm²。通过分析透射光脉冲和散射光脉冲的特征，给出了材料的破坏时刻，并推断出K9玻璃所能承受的极限光强为10¹⁵W/m²。研究了能量透过率与泵浦能量的关系，并初步探讨了透明材料的破坏机理。结果表明：在多纵模激光的作用下，透明光学材料破坏是电离击穿与自聚焦效应综合作用的结果。     

低冲击应力下脆性介质电阻率的实时测量

 冲击波压缩下材料宏观性质的变化与微观结构演化有着密切联系。通过改进对称差分电路测量方法,测量K9玻璃在失效破坏过程中的电阻率变化,研究了脆性介质在低冲击波应力下的损伤破坏机制。结果表明,随着冲击波在K9玻璃中传播,K9玻璃的电阻率逐渐下降;在7.6 GPa冲击压缩下,K9玻璃由最初的绝缘体状态逐渐转变为电阻率约420 Ω·m的稳定状态。     

高功率半导体激光对光学元件损伤特性

 为研究880 nm高功率半导体连续激光器对光学元件的损伤特性,选择了K9玻璃、ZnSe晶体和无氧铜进行镀膜加工,形成高反射率和高透过率的光学元件。通过调节到达光学元件表面的平均功率和改变光斑大小来改变光学元件表面的功率密度,并连续照射30 s,最终通过显微镜来观察元件的激光损伤形貌。研究结果表明：镀高反膜的K9玻璃在功率密度达到600 W/cm²时,膜系表面出现烧熔现象,当达到1 000 W/cm²时出现炸裂现象,而无氧铜基底镀金反射镜在上述功率密度下未发现损伤;而镀增透膜的ZnSe晶体在激光功率密度高达1 000 W/cm²时,通过显微镜观察没有发现明显的损伤,热像仪显示基底温升为5 ℃。     

脉冲CO2激光辐照K9玻璃的热力效应分析

利用有限元法对脉冲CO2激光辐照K9玻璃样品中的温度和应力分布进行了数值分析。对半径为20mm、厚为2mm的圆盘样品的计算结果表明，K9玻璃的损伤由环向应力控制，体损伤先于面损伤产生，且光斑半径和脉冲数目对损伤闽值有较大的影响，在激光光斑半径为5mm，脉宽为10肛s的条件下K9玻璃的单脉冲CO2激光的损伤闽值为0．5J，相应的能量密度为0．637 J／cm^2。损伤闽值随光斑半径的增大而增大，随脉冲数目的增加而变小。讨论了样品半径和厚度对损伤结果的影响，结果表明样品半径在10-20mm范围内所产生的拉伸应力较小。     

连续激光辐照ZnSe/MgF2/K9滤光片的透射特性研究

 分析了连续激光辐照ZnSe/MgF₂/K9滤光片引起透射特性的变化。在室温条件下，用波长0.632 8μm激光作为探测光束，测量了1.06μm连续激光辐照ZnSe/MgF₂/K9滤光片温升引起薄膜折射率的改变，导致探测光束通过干涉滤光片后透过率的热致非线性变化。在光斑直径0.75mm条件下，测量了不同功率激光辐照ZnSe/MgF₂/K9滤光片引起温升随时间的变化。在激光功率30W，辐照时间2.52s条件下，实验观测到ZnSe/MgF₂/K9滤光片薄膜破坏温度约为90℃，辐照时间10s时干涉滤光片形成的薄膜龟裂形貌。     

ns脉冲激光对K9玻璃的破坏实验

采用高速PIN光电探测器和高带宽的数字存储示波器,实时检测透射光脉冲和散射光脉冲的变化特征,并将之用作材料破坏的光学判据,测量得到K9玻璃在1.06μm纳秒脉冲激光作用下的能量损伤阈值约18mJ,相应的能量密度阈值为1.0kJ/cm2。通过分析透射光脉冲和散射光脉冲的特征,给出了材料的破坏时刻,并推断出K9玻璃所能承受的极限光强为1015W/m2。研究了能量透过率与泵浦能量的关系,并初步探讨了透明材料的破坏机理。结果表明:在多纵模激光的作用下,透明光学材料破坏是电离击穿与自聚焦效应综合作用的结果。     

1064 nm激光对中性密度滤光片的损伤机理研究

中性密度滤光片的典型结构是在K9玻璃上镀金属膜,来实现对激光的有效吸收.由于损伤阈值较低,严重限制了其在高能激光系统中的应用.实验研究了较高激光能量密度下滤光片的损伤形貌和损伤机理.损伤形貌的变化特征是:随着激光能量密度的增加,滤光片先出现损伤点,后以损伤点为中心产生裂纹,且裂纹长度逐渐变长,最终连接成线状和块状,导致大面积的薄膜脱落.建立了缺陷吸收激光能量升温致中性密度滤光片表面薄膜损伤的模型,计算了薄膜表面的温度和应力分布,讨论了薄膜表面不均匀温升造成的径向、环向和轴向热应力分布.理论分析显示:环向应力是造成薄膜沿径向产生裂纹的主要原因.当激光能量密度大于约2.2 J/cm²,杂质粒子半径大于140 nm且相邻杂质粒子之间的距离小于10 μ m时,裂纹才能大量连接起来引起薄膜的大面积脱落.     

1.06μm连续激光辐照TiO_2/SiO_2/K_9薄膜元件温升规律研究

利用1.06μm连续激光在不同强度下辐照TiO2/SiO2/K9薄膜元件,实验中用红外热像仪测量激光辐照在TiO2/SiO2/K9元件表面引起的温升随时间的变化,通过数据处理,获得激光辐照区域最高温度随辐照时间的增加而增加。同时,给出材料温升随材料发射率的变化关系。并用程序模拟不同激光强度下薄膜温度场的分布,通过实验测量数据校正数值模拟计算结果,给出TiO2/SiO2/K9薄膜元件温度随激光辐照强度和辐照时间的变化规律。并且获得在薄膜厚度方向:薄膜表面温度最高,基底与薄膜接触处温度最低;沿径向:激光辐照中心温度最高,边沿温度最低。     

液体泡沫对激光的伪装性能分析

 为了研究液体泡沫的激光伪装应用,实验分析了液体泡沫对1.06 μm激光的伪装性能。采用对比试验方法测得了不同液体泡沫结构参数下的1.06 μm激光回波衰减值,结果显示,衰减值最高可达66%,最低为36%。结合激光伪装要求,以草地和钢板为例,理论计算分析了液体泡沫用来实现1.06 μm激光伪装可行性。结果表明,使用2 cm厚液体泡沫对钢板进行伪装,激光回波衰减达到36%,在草地背景伪装要求的30%~40%范围内。说明液体泡沫具有较好的1.06 μm激光伪装性能,利用液体泡沫可实现激光伪装和地面目标有效防护。     

用激光清洗金膜表面硅油污染物

采用CO2激光对镀金K9玻璃表面的二甲基硅油污染物进行清洗,在激光器单点作用模式下,分别研究了激光功率和作用时间对清洗效果的影响;并研究了连续扫描工作模式下的激光清洗效果。采用光学显微镜和傅里叶变换红外光谱仪表征激光清洗效果,研究结果表明:通过良好的控制激光参数,采用CO2激光清洗二甲基硅油具有明显的效果;此种非接触式清洗方式可确保K9玻璃表面的金膜完好无损。采用有限元分析软件模拟计算了激光功率和作用时间对清洗过程中温度的影响,计算结果与实验结果规律一致。     

激光辐照引起的材料温度场和热应力场的瞬态分布

 光电探测器吸收激光后的温升以及因温升造成的各种现象,致使探测器遭受到不同程度的损伤。利用热弹性理论对CO2激光器辐照K9玻璃材料进行研究,建立激光辐照材料温升及热应力分布二维平面模型,通过解析计算得到由激光辐照半导体材料引起的温度场和应力场的瞬态分布。研究表明, K9玻璃材料的激光辐照损伤阀值与辐照时间和光斑半径相关。在同一条件下,造成的热应力损伤阀值较熔融损伤的低,故K9玻璃材料的破坏形态为热应力破坏。      

K9玻璃在脉冲CO_2激光作用下的热应力分析

根据已建立的理论模型,计算得到了K9玻璃受脉冲CO_2激光辐照时产生的热应力分布,研究了热应力的时间特征,在分析样品尺寸对损伤结果影响的基础上,提出了K9玻璃抗激光损伤的最佳半径。结果表明:K9玻璃产生的热应力损伤主要由环向应力控制,热应力以热冲击波的形式在样品内传播,大小随时间变化而来回振荡,且激光脉冲结束后比激光作用时间内产生的热应力要大。这说明若样品在激光加热期间产生的热应力不足以造成材料破坏,则有可能会在其后的冷却过程中产生更大的热应力,材料将会在冷却过程中发生破裂。根据样品参数对损伤结果的影响,进一步验证了K9玻璃抗激光损伤最佳半径的通用性。     

准分子激光辐照K9玻璃的热力效应分析

基于传热学理论, 利用有限元法对KrF准分子激光辐照K9玻璃样品中的热力效应进行了数值分析, 并比较了脉冲数目和重频对损伤效果的影响。研究表明, 较低的准分子激光能量就能够使K9玻璃在表面和体内产生热应力损伤, 热应力损伤在光斑区域内主要由压缩热应力控制, 在光斑边缘和材料内部则主要由拉伸热应力控制。在激光脉冲结束时刻, 产生的温度和热应力最大, 且热应力以热冲击波的形式在材料内传播, 随时间变化而来回振荡, 逐渐减弱。这种热应力的反复冲击会对材料产生持续的损伤增长效应, 增加了材料的损伤时间, 并使材料更容易断裂。脉冲数目和重复频率对损伤效果有着较大影响, 在高重复频率下, 损伤累积效应明显。     

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。     

树脂基复合材料在连续激光作用下的损伤

 采用热压工艺制备了碳纤维布和高硅氧纤维布增强的环氧树脂和酚醛树脂基复合材料，研究了不同功率密度连续激光辐照下，复合材料的破坏形式及其组织结构与力学性能的变化。结果表明：当激光辐照功率密度大于0.1 kW/cm²后，树脂基体产生燃烧，碳纤维没有明显的损伤，而玻璃纤维布开始熔融，复合材料的拉伸性能降低30%~40%；当功率密度达到1 kW/cm²以后，除基体燃烧外，碳纤维复合材料产生明显的鼓泡分层，表层碳纤维有少量破断，而高硅氧纤维产生明显的熔融烧损，复合材料的拉伸性能降低80%以上。采用有限元计算方法，对碳纤维增强环氧树脂复合材料在连续激光辐照下的温度场进行了研究，计算结果与实验中复合材料的损伤行为相吻合。     

高压下碳纳米管的X射线衍射研究

 用同步辐射原位高压能散X射线衍射技术,对碳纳米管进行了结构和物性的研究,压力达50.7 GPa。在室温常压下,碳纳米管的结构和石墨的hcp结构相似,其(002)衍射线的面间距为d₀₀₂=0.340 4 nm,(100)衍射线的面间距为d₁₀₀=0.211 6 nm。从高压X射线衍射实验看到,当压力升到8 GPa以上时,(002)线变宽变弱,碳纳米管部分非晶化。而当压力从10 GPa或20 GPa卸压至零时,(002)线部分恢复。但当压力升高至最高压力50.7 GPa时,碳纳米管完全非晶化,而且这个非晶化相变是不可逆的。用Birch-Murnaghan方程拟合实验数据,得到体弹模量为K₀=(54.3±3.2)GPa（当K′₀=4.0时）。     

基于小波变换和数据融合技术的弱小目标检测

鉴于弱小目标检测所固有的难点及常用的单一分辨率下的检测方法还不能准确稳定地检测出目标，提出了一种弱小目标检测新方法。考虑到实际应用中的复杂背景和大量干扰噪声，运用数据融合技术，先对图像进行小波多分辨率分解，然后将不同分辨率下的子图进行最优加权平均融合来检测弱小目标。用实地拍摄的空中弱小目标红外和可见光图像分别进行实验验证，实验图像取256×256像素点阵大小，其中目标占10×10像素左右。结果表明该方法能够准确稳定地检测弱小目标，为后续的跟踪作了很好的铺垫。     

Fast microstructuring of silica glasses surface by NIR laser radiation

The glass surface microstructuring technology using laser radiation with NIR wavelength (λ=1.064 μm) was revealed in this work. Glass plates were placed on the cellular graphite surface. Focused laser radiation passed through the glass plate and interacted with cellular graphite. The radiation heated the graphite surface and thus the high temperature influenced the back side of the glass plate. After consecutive laser scans, having certain periods and interruptions of laser radiation, the microstructures with depth ~0.5 μm were formed. Besides, in this work we suggested the method to calculate optical characteristics of formed elements. It was experimentally shown that these microstructures could be used to form phase diffraction gratings (PDGs) and random phase plates (RPPs). We experimentally demonstrated the possibility of these elements being used as RPPs which are suitable for multimode laser radiation homogenization and as PDGs which are suitable for laser simultaneous processing of metal films.     

光学材料连续波激光热—力破坏效应

着重研究连续波激光对光学窗口材料的热－力破坏，由于激光对光学材料的不均匀加热，造成材料内部产生热应力，而加热的进一步发展，可诱发材料宏观破坏，热－力破坏与激光辐照功率和材料本身热性质有关。文中还研究了玻璃钢化对材料抗激光损伤的影响。