激光薄膜损伤的声频判别方法

光学薄膜损伤阈值是衡量光学薄膜抗激光损伤能力的重要参数,而要实现损伤阈值的测试必须先实现薄膜损伤的判识。利用光声频谱特性研究单层氧化硅薄膜在不同激光能量下的损伤情况,简要地分析了声频法判别薄膜损伤的可行性,建立了激光致薄膜产生的声波采集系统,比较和分析薄膜损伤前后的24~40 kHz高频段曲线,提取频率特征,并提出利用曲线相似函数进行薄膜损伤的识别。实验数据结果表明,该方法简单易行,可实现在线检测,又能准确判别薄膜损伤。     

He-Ne散射光检测光学薄膜激光损伤阈值

准确测定光学薄膜的激光损伤阈值可以衡量光学薄膜的抗激光损伤能力,测定损伤阈值的关键是准确地判定损伤的发生与否。建立了He-Ne散射光检测光学薄膜激光损伤阈值系统。通过测量同一样品点的He-Ne散射光能量变化来判断薄膜表面发生的损伤,并对制备的类金刚石薄膜与HfO₂/SiO₂反射膜进行了阈值测试。与等离子体闪光法的阈值测试结果进行比较,具有较好的一致性。分析表明：He-Ne散射光测试系统能有效地判断出激光诱导损伤,易于实现在线检测。     

激光预处理中缺陷上的激光能量覆盖

分析了不同预处理方式下缺陷上的激光能量的覆盖特点。理论分析表明,相同预处理效率下,单步预处理缺陷上激光能量覆盖率优于多步预处理。实验研究了电子束蒸发制备的HfO2/SiO2多层高反膜的激光预处理,结果发现单步预处理后薄膜的单脉冲激光损伤阈值比相同效率的4步预处理后薄膜的单脉冲激光损伤阈值要好。采用最高能量密度为112%激光损伤阈值的5步预处理后,光学薄膜的激光损伤阈值提高了83.5%。     

缺陷对HfO2薄膜的激光弱吸收与损伤阈值的影响

激光弱吸收是导致光学薄膜损伤的重要原因。在(5~43)mPa的氧分压下制备并测试了一组HfO2薄膜。实验发现,当氧分压小于20mPa时,薄膜弱吸收越大,损伤阈值越低;当氧分压大于20mPa时,薄膜的损伤阈值与弱吸收并不一一对应,具有较高弱吸收的薄膜可能同时具有较高的损伤阈值。建立了缺陷模型,采用有限元法模拟了缺陷对弱吸收测量和损伤阈值测量的影响,分析了缺陷尺寸、密度、吸收系数对弱吸收和损伤阈值的影响。研究结果显示,吸收系数高于薄膜1 000倍的缺陷可以降低薄膜的损伤阈值1 000倍,却并不影响薄膜的弱吸收。缺陷对HfO2薄膜的激光弱吸收与损伤阈值测试有完全不同的影响,是导致某些薄膜弱吸收与损伤阈值背离的原因。     

等离子体冲击波特征与薄膜损伤阈值关系研究

激光损伤阈值是衡量光学元件性能的重要参数,而判别薄膜是否发生了损伤是准确测量薄膜激光损伤阈值的关键,因此研究薄膜损伤的判别方法具有重要意义。传统方法准确度低、操作复杂、人为因素影响大,提出了以等离子体冲击波压强特征为标准的判定薄膜损伤的新思路。以多种单层薄膜为例,搭建测试平台,利用传声器采集激光辐照薄膜产生的等离子体冲击波,将该数据与国标法测得的激光薄膜损伤阈值相对照,找到对应的等离子体冲击波压强阈值。实验表明,该方法判别速度快,操作简单,测试设备搭建方便,并可以实时监测,能够大大提高检测效率。     

ns激光辐照ZrO_2薄膜剥落的理论研究

在ns激光辐照光学薄膜温度分布的基础上,利用最大剪应力理论建立了光学薄膜发生迎光剥落的理论模型,得到了发生损伤相应的应力分布和膜层剥落半径与入射激光能量关系.通过数值分析,验证了理论模型与实验结果基本保持一致,膜层临界损伤阈值与实验结论在数量级上保持一致;剥落半径与入射能量关系曲线与实验结果基本吻合.指出薄膜的损伤形态与其附着力强度有着密切关系,只有当附着力强度小于某一定值(～9.4×104N/cm2)时,才会发生剥落.     

光学薄膜抗激光损伤研究发展

随着大能量/高功率激光器的发展需求日益突出,光学薄膜的激光损伤阈值逐步成为激光器发展的瓶颈,受到国内外高能激光器研究领域的广泛关注。阐述了光学薄膜激光的损伤机理、激光损伤阈值测试平台及方法,结合自身研究成果,综述性分析了国内外光学薄膜抗激光损伤技术与手段研究的发展情况,主要包括离子束预处理、离子束与退火后处理、虚设保护层等;重点提出了磁过滤结合激光沉积的复合沉积技术,并建议加速推动无缺陷沉积的原子层沉积技术,为大幅提高光学薄膜抗激光损伤能力、满足当前需求提供了理论基础。     

基于频率特征的薄膜损伤声学判别方法

利用声学法研究单层氧化硅薄膜在不同激光能量下的损伤情况,建立了激光致薄膜产生的声波采集系统,对其采集到的时域信号进行傅里叶变换,比较和分析薄膜损伤前后声波24~40kHz高频段的曲线,提取频率特征,并提出用曲线相似函数进行薄膜损伤的识别方法。实验数据结果表明,该方法简单易行,可降低环境噪声的影响,既能实现在线检测,又能准确判别薄膜损伤。     

ns激光辐照ZrO2薄膜剥落的理论研究

在ns激光辐照光学薄膜温度分布的基础上，利用最大剪应力理论建立了光学薄膜发生迎光剥落的理论模型，得到了发生损伤相应的应力分布和膜层剥落半径与入射激光能量关系．通过数值分析，验证了理论模型与实验结果基本保持一致，膜层临界损伤阈值与实验结论在数量级上保持一致；剥落半径与入射能量关系曲线与实验结果基本吻合．指出薄膜的损伤形态与其附着力强度有着密切关系，只有当附着力强度小于某一定值（～9．4×10^4N／cm^2）时，才会发生剥落．     

光学元件激光预处理技术研究进展及其应用

光学元件中的杂质和缺陷会引起其激光损伤阈值的大幅降低,现阶段这一问题已成为激光装置向高功率、高能量方向发展的“瓶颈”,亟待解决。在对光学元件激光损伤的研究中发现,用低于光学元件损伤阈值的激光对元件表面进行预处理,可以有效提高光学元件的抗激光损伤能力。对激光预处理技术的提出背景、定性作用机理、定量理论模型及国内外技术应用现状进行了概述。并且介绍了一种可在薄膜制备过程中进行原位实时激光预处理的新型薄膜制备技术。最后指出,激光预处理技术作为一种无污染,可有效改善光学薄膜、光学玻璃、光学晶体元件损伤阈值的最有效方法之一,其作用机理、实用化、仪器化还有待进一步发展。     

激光光热偏转成象法无损检测光学薄膜的激光损伤

介绍了应用激光光热偏转成象法无损检测光学薄膜激光损伤的基本原理，由此建立了实验检测装置，对光学薄膜表面的激光损伤进行了扫描检测，并以直观的灰度象显示. 实验结果证明了激光光热偏转成象法检测光学薄膜激光损伤具有直观、有效、可确定损伤阈值的优点.     

减反膜的梯度化与激光损伤阈值之间的关系研究

光学减反膜是激光系统的重要组成部分，也是在激光照射下最容易发生损伤的部分，如何提高减反膜的激光损伤阈值是研究的热点之一。在保持目标透射光谱要求和膜系总光学厚度不变的前提下，研究了不同梯度化减反膜与激光损伤阈值之间的关系。首先采用混合渐变膜系设计方法设计了一种渐变减反膜系，G/H₁→H/L/A；其次通过渐变折射率分层等效方法将渐变减反膜系进行不同的梯度化，并利用PECVD技术，在K9玻璃上沉积了满足光学性能指标要求的不同渐变减反膜系(多层梯度渐变膜系和相应的坡度渐变膜系)；最后进行了激光损伤阈值(LIDT)测量。研究结果表明:在保持目标透射光谱要求和膜系总光学厚度不变的前提下，渐变减反膜系相比于传统减反膜系，抗激光损伤阈值有明显的提高；随着梯度化层数的增加，渐变减反膜系的激光损伤阈值呈减小的趋势；对于相同膜层的渐变折射率薄膜，采用坡度法制备的样片抗激光损伤阈值均优于采用梯度化制备的样片。     

Damage performance of TiO2/SiO2 thin film components induced by a long-pulsed laser

In order to study the long-pulsed laser induced damage performance of optical thin films, damage experiments of TiO₂/SiO₂ films irradiated by a laser with 1 ms pulse duration and 1064 nm wavelength are performed. In the experiments, the damage threshold of the thin films is measured. The damages are observed to occur in isolated spots, which enlighten the inducement of the defects and impurities originated in the films. The threshold goes down when the laser spot size decreases. But there exists a minimum threshold, which cannot be further reduced by decreasing the laser spot size. Optical microscopy reveals a cone-shaped cavity in the film substrate. Changes of the damaged sizes in film components with laser fluence are also investigated. The results show that the damage efficiency increases with the laser fluence before the shielding effects start to act.     

离子束流后处理对类金刚石薄膜激光损伤特性的影响

类金刚石薄膜激光损伤阈值低,已经严重制约其在红外激光系统中的应用。基于非平衡磁控溅射技术,在硅基底上沉积类金刚石薄膜;采用离子束流后处理技术,用正交实验法确定影响处理效果的主要因素,对已沉积完成的DLC薄膜进行离子束轰击;在不同处理工艺下,观测薄膜样品的光学常数及拉曼光谱,最后进行了激光损伤测试。从测试结果可知,离子束流后处理参数:离子能量1000eV、放电电流30~40mA、轰击时间8min时,透射率由原来的60.65%提高到了65.98%;消光系数在900nm后明显降低,DLC薄膜的激光损伤阈值从0.69J/cm2提高到1.01J/cm2。     

HfO_2单层膜的吸收和激光损伤阈值测试

薄膜吸收是降低膜层激光损伤阈值的重要原因,为了研究薄膜吸收对激光损伤阈值的影响,对HfO2单层膜在1 064 nm处的吸收及其在不同波长激光辐照下的损伤阈值进行了测试和分析。研究结果表明:薄膜的激光损伤阈值由薄膜吸收平均值(决定于薄膜中缺陷的种类和数量)和吸收均匀性(决定于薄膜中缺陷的分布)共同决定;根据HfO2单层膜在1064 nm波长处的吸收值,不但可以定性判断薄膜在1 064 nm波长,而且还可以判断在其它波长激光辐照下的抗激光损伤能力。     

Modification of laser induced damage threshold of ZrO2 thin films by using time-temperature gradient annealing

As a result of using time-temperature gradient annealing, the structural and optical properties and hence, thermal properties of ZrO₂ thin films deposited by electron gun, enhanced considerably compared with rapid thermal annealing. Also, it can be seen time- temperature gradient annealing caused to decrease the total stress and number of thermal barrier along the film. Therefore, according to our experimental results, which is agree with theoretical analysis, the laser induced damage threshold of ZrO₂ films can be enhanced significantly compared with rapid annealing procedure.     

准分子激光全固态脉冲电源设计与实验研究

针对脉冲能量5~8 mJ的ArF准分子激光器,设计了基于可控硅开关结合三级磁脉冲压缩开关的全固态脉冲电源,采用国产可控硅和磁开关材料,获得了上升时间约150 ns,电压10~14 kV,传递能量0.35~0.68 J的激励脉冲,并实现了对准分子激光器快放电激励。三级磁开关总效率35%,分析表明磁开关损耗较大主要原因为电容能量转移不充分、导线铜损及磁芯材料铁损较大,并提出了相应改进办法。     

Design of optical system for flattop beam shaper based on the measurement of laser induced damage threshold of thin films

To solve the problem of large error when measure the laser induced damage threshold of thin films in the case of Gaussian distribution beam induced damage thin films, optical system of flattop beam shaper which is capable of redistributing a beam with a Gaussian profile to a flattop profile was designed with optical design software ZEMAX. The Fermi-Dirac beam model was chosen as the distribution function of the flattop beam in this paper, the mapping formula of the input Gaussian beam and the output flattop beam was establish, the surface coefficient of aspheric was given. The energy conversion efficiency was 95.33% and the flattened degree was 93.66% in this design. The accuracy of measurement has been improved when measure the laser induced damage threshold of thin films by the flattop beam.