熔石英亚表面横向划痕调制作用的3维模拟

建立了熔石英后表面3维横向划痕模型,并采用3维时域有限差分方法对熔石英亚表面划痕周围的电场强度进行了数值模拟,分析了划痕宽度、深度、长度以及划痕倾斜角度对入射光场的调制作用,结果表明:随划痕深度和划痕长度的增加,熔石英内的最大电场强度增大,且当划痕长度达到1μm以上时,最大电场强度趋于稳定;划痕结构因子在1~2之间的划痕较容易引起熔石英损伤;而入射激光在划痕界面和后表面之间发生内全反射时,后表面上的光强增强效果更加明显,因此减少角度范围在20.9°~45°之内的划痕能大幅提高熔石英的损伤阈值。     

HF酸刻蚀提升熔石英亚表面划痕抗损伤性能的机理

用HF酸刻蚀熔石英元件,研究刻蚀对元件后表面划痕的形貌结构及损伤性能的影响,探索损伤阈值提升的原因.时域有限差分算法理论计算结果表明:对于含有50nm直径氧化锆颗粒的划痕,对入射光调制引发场增强的最大值是入射光强的6.1倍,且最强点位于划痕内部氧化锆颗粒附近,而结构相同但不含杂质的划痕引发的最大场增强为入射光强的3.6倍,最强区位于划痕外围;HF酸刻蚀能够有效去除划痕中的杂质,改变划痕结构,增加其宽深比值,经刻蚀的划痕对入射光调制引发场增强降低到入射光强的2.2倍.实验结果表明,经过深度刻蚀的划痕初始损伤阈值较刻蚀之前提高一倍多;光热弱吸收测试仪测试刻蚀后划痕对1 064nm激光的吸收最大值仅为230ppm.HF酸刻蚀同时可以提升元件整体损伤阈值,由于元件上无缺陷区域损伤阈值随刻蚀的深入先增加后降低,因此HF酸刻蚀应进行到元件损伤阈值提升到最大值为止.     

K9和熔石英玻璃纳秒基频激光损伤特性的实验对比研究

利用光学元件基频激光损伤测试平台,通过实验测试相同条件下K9和熔石英两类常用 光学元件的初始损伤阈值、损伤增长阈值和损伤增长规律,对比研究了两类光学元件的基频激光损伤特性.结果表明,K9和熔石英光学元件的初始损伤阈值基本相同,损伤面积增长都遵循指数性增长规律,损伤深度成线性增长.但两者损伤增长特性仍有很大的差别,与熔石英相比,K9激光损伤增长阈值较低,并且相同通量下的激光损伤增长更为迅速,通过两类光学材料抗压性能的巨大差异很好地解释了这一现象.该研究结果对国内高功率激光装置的透射光学材料工程应用有非常重要的参考价值.     

光学材料亚表面缺陷处强激光电磁场分布的3维模拟

 利用时域有限差分法求解麦克斯韦旋度方程,研究了光学材料表面缺陷对入射激光场的调制作用,建立了亚表面缺陷的3维模型。以长方体表面缺陷为例,对缺陷附近的光场分布进行了3维数值计算,给出了电场强度3维分布图和缺陷不同尺寸时的最大电场强度。研究表明,相对于2维简化情况,3维表面缺陷对强激光电磁场的调制作用更加明显。     

单层SiO2物理膜与化学膜激光损伤机理的对比研究

采用离子束溅射沉积技术和溶胶-凝胶技术在K9基片上镀制了厚度相近的SiO2单层介质膜,用表面热透镜技术对两类膜层分别进行了热吸收及实时动态热畸变实验测试,结合散射光阈值测试及实验前后膜层的显微观测,对相同基底、相同膜层材料而采用不同方法镀制的光学膜层,发现化学膜的强激光损伤阈值远高于相应物理膜;从热力学响应及膜层特性差异的角度揭示了化学膜层的强激光损伤阈值远高于相应物理膜层的微观机理,即物理膜具有高吸收下的致密膜层快传导的基底热冲击效应,而化学膜则有低吸收下的疏松空隙填充慢传导的延缓效应,大量的实验数据及现象都证实了这一结论.     

激光系统用密封圈除气对真空光学元件性能影响

光学真空系统内的非金属材料出气会产生分子态污染,导致光学元件的透过率降低,进而会加剧激光诱导损伤,降低高功率激光装置的负载能力。提出对通光环境内的密封材料进行优选,开展热真空烘烤实验研究。结果表明,氟橡胶246出气量较小,温度对材料除气效果影响较大,且密封圈经过真空烘烤除气对光学特性影响较低,与密封圈不进行真空烘烤处理相比,紫外段平均透过率变化减少1个数量级,平均损伤密度降低了56%。该技术可应用于高功率激光装置精密洁净领域和其他精密光学洁净系统。     

PVP掺杂-ZrO2溶胶-凝胶工艺制备多层激光高反射膜的研究

以丙醇锆(ZrPr)为锆源，二乙醇胺(DEA)为络合剂，原位引入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，在乙醇体系中成功地合成了PVP掺杂-ZrO₂溶胶.采用旋涂法在K9玻璃基片上制备了PVP-ZrO₂单层杂化薄膜.用不同掺杂量的PVP-ZrO₂高折射率膜层与相同的SiO₂低折射率膜层交替沉积四分之一波堆高反射膜.借助小角X射线散射研究胶体微结构，用红外光谱、原子力显微镜、紫外/可见/近红外透射光谱、椭圆偏振仪以及1064nm的强激光辐照实验对薄膜的结构、光学和抗激光损伤性能进行表征.研究发现，体系组成的适当配置可以在溶胶稳定的前提下实现ZrPr的充分水解，赋予薄膜良好的结构、光学和抗激光损伤性能.杂化体系中，DEA与ZPr之间强的配合作用大大降低了ZrO₂颗粒表面羟基的活性，使得PVP大分子只是以微弱的氢键与颗粒的表面羟基作用而均匀分散于ZrO₂颗粒的周围，对颗粒的形成和生长无显著影响.因而在实验研究范围内，随PVP含量的增大，PVP-ZrO₂杂化膜层的折射率和激光损伤阈值均无显著变化.但是，薄膜中均匀分布的PVP柔性链可以有效促进膜层应力松弛，显著削弱不同膜层之间的应力不匹配程度、大大方便多层光学薄膜的制备.当高折射率膜层中PVP的质量分数达到15%—20%时，膜层之间良好的应力匹配使得多层高反射膜的沉积周期数可达到10以上.沉积10个周期的多层反射膜，在中心波长1064nm处透射率约为1.6%—2.1%，接近全反射特征，其激光损伤阈值为16.4—18.2J/cm²(脉冲宽度为1ns). 关键词： 溶胶-凝胶 2')" href="#">PVP-ZrO₂ 高反射膜 激光损伤     

用透射反射扫描法检测光学薄膜的激光损伤

 用波长1.06μm的激光透射反射自动扫描装置扫描了激光辐照前后薄膜的反射比和透射比。薄膜样品的工作波长为1.06μm。将扫描结果与相衬显微镜观察到的形貌相对照。实验结果表明，用透射反射扫描法不仅能反映出相衬显微镜所能观察到的损伤，而且也能发现某些显微镜所不能发现的损伤。由于透射比和反射比可以反映出薄膜对激光的传输性能，因此也能反映出薄膜能否继续工作，以此来判定损伤与否。因此用透射反射扫描法可以作为检测损伤的手段，由于简单易行，可以在线检测。避免目前损伤测试工作中繁重的人工操作。     

利用1064nm激光预处理提高pickoff镜损伤阈值

激光预处理是提高光学元件损伤阈值的有效方法之一。利用输出1064 nm基频激光的SAGA激光器,采用光栅刻线式扫描的方式对镀多层高反物理膜的pickoff镜进行了能量周期递增的预处理,验证激光预处理对其损伤阈值的提高效果。结果表明:零几率损伤阈值平均提高38.8%,而50%几率损伤阈值提高了7.6%,经过激光预处理后pickoff镜抗损伤能力较处理前有了一定提高。     

1 064, 532和680 nm波长的反射-吸收复合型防护膜的研制

 针对1 064, 532 和 680 nm波长激光， 以聚碳酸酯 （PC） 为镀膜基底， 钕玻璃激光中心波长为1 064 nm, 采用六分之一加三分之一膜系的反射膜系设计，以氧化锆为高折射率膜层材料，氯化酞菁铝掺杂的氧化硅为低折射率膜层材料，通过溶胶-凝胶法镀21层膜，并在多层反射膜与PC基底之间插入张力匹配层，实现了钕玻璃激光器1 064 nm主频和532 nm二倍频波长激光的反射，以及680 nm波长红宝石激光的同时吸收，1 064,532和680 nm波长处的透射率分别为1.67％，18.24％和2.4％。