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.     

355 nm纳秒紫外激光辐照下熔石英前后表面损伤的对比研究

为了理解前后表面损伤不对称性的物理内涵, 利用阴影成像技术研究了纳秒紫外激光诱使熔石英光学元件表面损伤的时间分辨动力学过程.研究表明,纳秒紫外激光与熔石英作用过程中前后表面损伤的物理机理是完全不同的.前表面处空气中等离子体和冲击波较强, 等离子体的屏蔽作用抑制了余脉冲能量的沉积, 降低了元件损伤程度.而后表面处等离子体吸收激光能量膨胀, 对后表面冲击作用更为严重, 形成的等离子体电子密度可达到10²³cm^-3以上, 反射部分激光能量与入射的激光余脉冲干涉, 使得 关键词： 熔石英 激光诱使损伤 阴影成像技术 光学元件表面     

溶胶-凝胶双层三波长增透膜制备

通过理论模拟与实验相结合,研究了以双层膜的方式实现三波长增透的途径。以正硅酸乙酯为前驱体,采用酸催化与碱催化溶胶混合的方式调控了溶胶折射率,并配制了双层复合膜所用的两种溶胶,制备出了351nm处透过率大于99.5%,527nm透过率大于98%,1053nm透过率大于98%的三波长增透膜。用扫描电镜、原子力显微镜观测了膜层结构,用椭偏仪和分光光度计对膜层性能进行了表征。三波长增透膜对高功率激光装置的运行性能提升起到了积极的促进作用。     

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.     

Effects of Vacuum on Fused Silica UV Damage

Damage points induced by 355 nm laser irradiation increase more quickly on the surface of fused silica in vacuum of about 10^-3 Pa than in atmospheric air at the same fluence. The larger concentration of point defects in vacuum is confirmed by photoluminescence intensity. X-ray photoelectron spectroscopy and infrared absorption indicate the formation of sub-stoichiometric silica on the surface. The degradation mechanism of fused silica in vacuum is discussed.     

环境气氛压强对熔石英紫外激光损伤阈值的影响

 利用1∶1, S∶1, R∶1方法,测试了不同真空度（10-3～105 Pa）和不同气氛（空气、氮气、氧气）环境下熔石英351 nm激光损伤阈值,测试结果表明,用1∶1, S∶1方法测试得到的阈值在不同气氛压强下几乎相等;R∶1损伤阈值受气压的影响较大,在小于等于10³ Pa气压下,较105 Pa气压的阈值降低28%～41%;但R∶1损伤阈值同气氛的关系不大,在同气压下差别小于10%,在测量值误差范围内。利用50%破坏几率对应的损伤阈值Fth（R∶1）一半的激光能量密度辐照样品,考察其抗多脉冲辐照的能力,分析表明,在同样的能量密度辐照下,10³ Pa空气及氮气环境和105 Pa氮气环境下同样具有高的寿命;而10^-3 Pa高真空环境下其寿命较短,在10^-1 Pa低真空环境下其寿命最短。     

层间热处理对SiO2/ZrO2双层膜的影响

 以正硅酸乙酯和丙醇锆为前驱体,用溶胶-凝胶法在K9基片上提拉镀制SiO₂/ZrO₂双层膜。采用不同实验步骤制备了2个样品,样品1镀完SiO₂后直接镀ZrO₂ ,样品2镀完SiO₂经热处理后再镀ZrO₂。采用原子力显微镜、椭偏仪、紫外-可见分光光度计对薄膜进行表征。针对SiO₂/ZrO₂双层膜,考虑到膜间渗透的影响,采用３层Cauchy模型进行椭偏模拟,椭偏参数的模拟值曲线与椭偏仪的测量值曲线十分吻合,进而发现热处理可以使SiO₂/ZrO₂双层膜之间的渗透减少近23 nm,从而提高其峰值透射率。利用输出波长1.064 mm,脉宽8.1 ns的激光束对样品进行了损伤阈值的测试,用光学显微镜观察损伤形貌,结果发现两者损伤阈值分别为13.6 J/c2和14.18 J/cm²,均为膜的本征损伤。     

CO2激光预处理对熔石英表面影响的实验研究

为研究CO2激光预处理参数对熔石英基片表面的影响,采用波长为10．6μm,重复频率为100Hz的CO2激光对完好的熔石英基片进行单点单次辐照处理。实验发现,对于不同的修复程度,面形变化不完全相同,损伤斑的形貌也各不相同。实验得到了适合修复的参数范围,并研究了修复对于材料粗糙度和疏水性的影响。对中度修复的取样点表面的局部粗糙度进行了统计,发现预处理过程中的污染沉积物在一定范围存在。在此基础上对污染的影响范围分布规律进行了统计。     

CLBO晶体用于三次谐波转换的特性研究

 讨论了CLBO晶体用于高效率三倍频的机理,从理论上分析了产生高次谐波转换的基本特性,对CLBO晶体在高功率激光装置中产生高效率谐波转换的基本参数进行了数值模拟计算,并与KDP晶体三次谐波转换的特性进行了比较,给出了CLBO 晶体产生高效率谐波转换的基本条件。     

高功率固体激光装置负载问题研究进展

高功率固体激光装置的负载问题是制约装置建设与运行的瓶颈问题。在高通量紫外纳秒激光辐照下，熔石英后表面的损伤不断产生和增长，严重限制了装置的负载能力。在提升熔石英抗损伤性能的基础上修复既有损伤，循环使用光学元件，是现阶段提升装置负载能力的主要手段。主要介绍了国内外近年来在熔石英损伤的规律与机制、光学元件循环处理的支撑技术以及提升负载能力的新材料与新技术方面所取得的重要进展。