高功率激光装置光传输管道污染规律及对光学表面损伤性能的影响

研究高功率激光装置光传输管道内部洁净度变化规律,分析其对内部重要光学元件光学性能的影响规律,提出污染控制措施。对光传输管道内部的气溶胶进行采样,并利用空气品质分析仪及扫描电镜对其进行分析,得到光传输管道内部洁净度变化规律和污染源;采用内部放置透射膜元件的方法,研究洁净度等级水平对透射膜的微观结构和透射率的影响,并利用"1-on-1"的测试方式进行透射膜元件的损伤阈值测试。研究结果表明:光传输管道内部的洁净度在激光辐照后迅速上升至万级水平,透射膜元件在此环境下其透过率严重下降,下降幅度为2.5%,且表面微观形貌发生变化。光学透射薄膜表面损伤阈值随表面污染水平呈现线性下降规律,最大下降幅度约为10%。污染监测和成分分析结果表明管道内部灰尘及杂散光或者鬼光束辐照金属产生的等离子体是管道内污染的主要源头,在此基础上提出了正压密封保持的技术手段确保内部光学表面洁净度水平,延长使用寿命。     

等离子体结合六甲基二硅胺烷处理提升增透膜抗真空污染性能研究

本文采用溶胶-凝胶法制备了SiO₂增透膜,然后对其进行等离子体结合六甲基二硅胺烷（HMDS）表面改性处理。研究了后处理改性对增透膜表面形貌、微观结构、光学性能及激光损伤性能的影响规律,获得了抗真空有机污染的二氧化硅增透膜。结果表明,增透膜在采用等离子体结合HMDS表面改性处理后,膜层收缩、粗糙度下降、极性羟基等有机基团含量减少;两步后处理改善了增透膜膜层结构和光学性能,显著提高了膜层疏水能力和真空条件下的抗污染性能,并且对溶胶-凝胶二氧化硅增透膜的高损伤阈值属性不产生影响。     

激光钝化对熔石英修复后损伤性能影响的实验研究

采用10.6 μupm 的 CO₂激光, 对单次激光脉冲辐照修复熔石英存在的烧蚀采用大光斑钝化去除. 经过辐照修复的区域置于前表面测试初始损伤阈值, 结果表明调制造成的损伤得到了一定程度的抑制; 辐照区域置于后表面修复后 熔石英的初始损伤阈值超过了基底的初始损伤阈值. 实验观察到了应力分布外扩, 同时明显减弱. 对损伤增长的测试说明, 经过激光熔融辐照后的损伤点, 当应力释放以后, 损伤扩展初期表现出指数增长趋势, 后期随着辐照次数的增加, 损伤增长不再明显, 并且趋于恒定值.     

聚苯乙烯多孔薄膜的密度梯度控制

利用单分散的SiO2微球自组装制备了含一种尺寸微球的SiO2胶体晶体和含多种尺寸微球的多层异质结构。对含一种尺寸微球的SiO2胶体晶体进行煅烧和刻蚀处理后,胶体晶体中空隙所占比例大于立方密堆结构的26%,形成了非密堆结构,而且刻蚀时间越长,空隙比例越大。在同样的热处理和刻蚀条件下,微球尺寸越小的胶体晶体被刻蚀的程度越高,结构中空气空隙所占的比例越大。对SiO2多层异质结构经过煅烧和刻蚀处理后,得到了空隙梯度变化的多层结构,以此为模板制备了密度梯度变化的聚苯乙烯多孔薄膜。薄膜各层之间形成了平滑的过渡,没有显示出明显的层间缺陷,且孔与孔之间没有出现3维有序多孔结构中常见的大的连通孔道。     

Two localized CO2 laser treatment methods for mitigation of UV damage growth in fused silica

Two methods：high-power,short-time,single-shot irradiation（Method A） and low-power,long-time,multi-shot irradiation（Method B） are investigated to mitigate the UV damage growth in fused silica by using a 10.6-μm CO2 laser.To verify the mitigation effect of the two methods,the laser induced damage thresholds（LIDTs） of the mitigated sites are tested with a 355-nm,6.4-ns Nd：YAG laser,and the light modulation of the mitigation sites are tested with a 351-nm continuous Nd：YLF laser.The mitigated damaged sites treated with the two methods have almost the same LIDTs,which can recover to the level of pristine material.Compared with Method A,Method B produces mitigated sites with low crater depth and weak light modulation.In addition,there is no raised rim or re-deposited debris formed around the crater edge for Method B.Theoretical calculation is utilized to evaluate the central temperature of the CO2 laser beam irradiated zone and the radius of the crater.It is indicated that the calculated results are consistent with the experimental results.     

CO_2激光光栅式扫描修复熔石英表面缺陷的实验研究与数值模拟

基于熔石英材料对波长为10.6μm的CO2激光具有强吸收作用这一特点,提出采用CO2激光光栅式多次扫描修复熔石英光学元件表面密集分布的划痕和抛光点等缺陷的方法.实验结果表明,在合理的扫描参数下,元件表面的划痕和抛光点等缺陷可被充分地消除.损伤阈值测试结果表明,表面划痕和抛光点等缺陷被完全消除的元件的损伤阈值可回复到或超过基底的损伤阈值.同时结合有限元软件Ansys的模拟结果分析了CO2激光扫描修复及消除元件表面划痕和抛光点等缺陷的过程.本文为消除元件表面划痕和抛光点等缺陷提供了非常有意义的参考.     

利用1 064 nm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1 064 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。     

溶胶-凝胶SiO2薄膜氨热两步后处理

 以正硅酸乙酯为前驱体,氨水作催化剂,采用溶胶-凝胶法提拉镀制SiO₂双面膜,对薄膜进行氨处理和热处理。采用椭偏仪、分光光度计、红外光谱、扫描探针显微镜、静滴接触角测量仪表征薄膜的特性。研究表明：经氨热两步后处理,膜厚持续减小,折射率经氨处理先增大了0.236,再经热处理又减小了0.202,膜层透光性变好,透过率峰值持续向短波方向移动;经两步后处理的膜面平整度明显变好,与水的接触角先增大到58.92°后减小到38.07°。     

光学元件激光预处理技术

国外学者用1064 nm激光对pickoff镜进行预处理,发现损伤阈值平均提高38.8%。国内研究者用CO2激光中度抛光后,熔石英基片的损伤阈值提到了30%左右,激光波长、扫描方式等对处理效果影响也比较明显。介绍了三种公认的预处理机制,将离线与在线处理方式做了简单地比较,并对国内外激光预处理技术的发展和前景进行了展望。     

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。