激光诱导光学材料后表面损伤的数值模拟

 采用3维时域有限差分方法和完全匹配吸收层,模拟了长方体缺陷在熔石英前后表面时对入射激光为TM波的调制作用,绘出了截面上的电场强度分布及最大电场强度随熔石英深度变化的曲线,并进行了比较和分析。结果表明：缺陷在前表面上时,后表面附近的最大电场强度2.522 41 V/m大于缺陷附近的1958 83 V/m;缺陷在后表面上时,材料中的最大电场强度为2.799 38 V/m,且出现在后表面附近。无论该缺陷在前表面还是在后表面,最大电场强度都是出现在后表面附近,表明光学材料的后表面在一定程度上更容易被损伤。     

激光诱导HF酸刻蚀后熔石英后表面划痕的损伤行为研究

用光学显微镜和原子力显微镜记录HF酸刻蚀后熔石英元件后表面划痕的形貌结构,并利用单脉冲激光对其进行辐照测试,以研究不同结构参数划痕的激光损伤特性.实验结果表明,由于HF酸的腐蚀钝化作用,划痕结构横向截面呈余弦形分布;其初始损伤阈值并非由单一的划痕宽度或深度参数决定,而是与其横向剖面结构的宽深比值密切相关;通过实验得到了二者之间的关系曲线,并采用时域有限差分算法对不同结构参数划痕附近光场分布进行理论模拟,理论场计算得到的增强结果与实验值符合得很好.     

SiO_2胶体晶体自组装技术

介绍了垂直沉降法和旋涂法制备SiO2胶体晶体,并对两种方法制备的胶体晶体在宏观形貌、微观结构及光子带隙性质进行了比较。采用改进的Stober法在乙醇介质中合成粒径不同、单分散性较好的SiO2微球,用垂直沉积法和旋涂法制备出有序性较好的密排结构的SiO2胶体晶体。宏观照片表明,用旋涂法制备的SiO2胶体晶体经白光照射出现的光柱呈6次对称,而垂直沉降法制备的胶体晶体表面出现条纹。SEM分析表明,选用不同溶剂在同等旋涂工艺下制备SiO2胶体晶体,用乙醇和乙二醇混合溶液作溶剂制备出的SiO2胶体晶体质量最好。透射光谱表明,垂直沉降法所制备的胶体晶体在(111)方向具有明显的光子带隙性质,而旋涂法制备的胶体晶体则不明显。     

UBK7玻璃后表面缺陷诱导体内激光损伤

 对UBK7玻璃在波长为1.064靘的短脉冲激光作用下产生的损伤进行了研究。通过对体损伤的形貌的相衬显微镜观测,发现体内和后表面炸裂点间的丝状损伤,从而提出后表面缺陷导致体损伤的理论解释。同时分析了表面损伤和体损伤的机理,对后表面损伤阈值低于前表面的原因作了讨论。     

Surface defects,stress evolution,and laser damage enhancement mechanism of fused silica under oxygen-enriched condition

Oxygen ions (O⁺) were implanted into fused silica at a fixed fluence of 1×10¹⁷ ions/cm² with different ion energies ranging from 10 keV to 60 keV. The surface roughness, optical properties, mechanical properties and laser damage performance of fused silica were investigated to understand the effect of oxygen ion implantation on laser damage resistance of fused silica. The ion implantation accompanied with sputtering effect can passivate the sub-/surface defects to reduce the surface roughness and improve the surface quality slightly. The implanted oxygen ions can combine with the structural defects (ODCs and E' centers) to reduce the defect densities and compensate the loss of oxygen in fused silica surface under laser irradiation. Furthermore, oxygen ion implantation can reduce the Si-O-Si bond angle and densify the surface structure, thus introducing compressive stress in the surface to strengthen the surface of fused silica. Therefore, the laser induced damage threshold of fused silica increases and the damage growth coefficient decreases when ion energy up to 30 keV. However, at higher ion energy, the sputtering effect is weakened and implantation becomes dominant, which leads to the surface roughness increase slightly. In addition, excessive energy aggravates the breaking of Si-O bonds. At the same time, the density of structural defects increases and the compressive stress decreases. These will degrade the laser laser-damage resistance of fused silica. The results indicate that oxygen ion implantation with appropriate ion energy is helpful to improve the damage resistance capability of fused silica components.     

短脉冲激光打靶用溅射防护薄膜的光学性质

针对短脉冲激光打靶用溅射防护聚合物薄膜做了初步研究。研究了氟化乙丙共聚物(FEP)、全氟烷氧基共聚物和乙烯-四氟乙烯共聚物三种厚度均为25μm的聚合物薄膜的透过率,结果表明FEP薄膜在355nm处光透过率达93%,有望用于激光打靶的溅射防护。进一步对FEP聚合物薄膜的波前畸变、激光损伤阈值进行了研究,结果表明φ80mm的聚合物薄膜在632.8nm处的透射波前畸变的峰谷值(PV值)为波长的1.006倍;在采用输出波长355nm,脉冲宽度9.3ns的Nd:YAG激光为照射光源波长处,薄膜零损伤概率时的最高激光能量密度为10.35J/cm2,100%损伤概率时的最低激光能量密度为11.48J/cm2。     

光学膜层缺陷分布特征对损伤行为的影响

 对多层介质反射膜与单层化学增透膜的损伤形貌、损伤过程及膜层的吸收特性进行了实验研究。结果表明：缺陷除了可以从其形态和光学特征分类外,还可以按缺陷的功能来划分,即以缺陷的损伤阈值来区分不同缺陷的抗激光损伤能力。通过对缺陷吸收率的测量,表明膜层的损伤阈值与缺陷的分布密度和热吸收具有显著的一致性。通过对损伤阈值分布曲线研究,可以有效地对缺陷进行分级判断,从而分析光学元件表面功能性缺陷的分布状况。     

高功率激光宽光谱减反膜的溶胶-凝胶旋转法制备工艺

 采用溶胶-凝胶法用旋转镀膜工艺在K9玻璃基片上制备出了SiO₂和有机硅单层减反膜以及有机硅-SiO₂双层减反膜。考察了旋转速度对SiO₂和有机硅单层膜的中心透射波长、膜层折射率等基本光学性质的影响，实验确定了双层膜的涂敷工艺。透射光谱测量表明，采用本文工艺条件制备的有机硅 SiO₂双层膜在430～800nm范围内透射率达99％以上。     

近对称谐振腔的变换圆图解分析

利用传播圆-变换圆图解分析方法，通过对不同结构谐振腔的分析和对比，得出一种宜于推广的自锁模激光谐振腔——近对称谐振腔，其锁模运转易于启动且工作性能比较稳定；通过实验对近对称腔的工作性能进行了验证，并对一种五镜锁模腔进行了分析。五镜腔实质上等价于近对称四镜腔。     

表面热透镜技术测试光学薄膜特性研究

在薄膜特性的研究工作中，激光引起的表面形变是一种广泛应用的技术。在这种技术中，薄膜的形变(热包高度小于0．1nm)一般是采用光热偏转技术来探测的。介绍了一种通过光学衍射效应来研究薄膜表面形变的新技术即表面热透镜技术，它是研究薄膜特性的一种灵敏且易于控制的方法。探讨了其理论模型及在薄膜的吸收测量和缺陷特性测试方面，该方法相对于传统方法的优点和潜力。