红外探测系统的激光辐照热效应仿真分析

为研究红外探测系统受激光辐照后的热效应与二次热辐射对探测器成像的影响,使用Ansys软件对红外探测器进行热辐射仿真和有限元结构仿真;采用黑体辐射定律和DO辐射计算模型模拟计算探测器内光学系统在不同激光辐照度下的温度随时间变化情况以及探测器内部温升对靶面成像的二次热辐射干扰情况;采用热弹性力学模型仿真计算探测器内部的热应力和热变形情况。结果表明:探测器受到1.06μm激光照射,矫正镜激光辐照度在50 W/cm²时,靶面受到二次热辐照度在0.6 s时达到100μW/cm²的量级,使红外探测器达到饱和;探测器受激光辐照后系统最高温度出现在矫正镜中心处,拟合得到系统最高温度与受照时间函数关系,可预测探测器升温结构破坏;最大热变形出现在矫正镜背面中心处,由外向内形成不等附加光程差,干扰探测器的成像效果;最大热应力出现在矫正镜前面中心处,得到最大热应力与激光辐照度间的线性关系曲线,为矫正镜热应力破坏提供预测参数。     

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°。     

大气压下氮气介质阻挡微放电中分子振动温度的时间分辨

使用针-板式电极装置,在大气压氮气介质阻挡微放电中,通过对氮分子第二正带系(C3Πu→B3Πg)发射光谱的时间分辨谱线进行分析,根据振动带序发射光谱强度计算得出N2(C,ν)振动温度,并研究了不同压强及放电电压对氮分子(C3Πu)的振动温度时间分辨的影响。实验结果表明:氮分子振动温度的范围为2 000~3 500 K,在每半个放电周期内都呈减小趋势,且正负半周期振动温度差较大,负半周期振动温度始终高于正半周期;振动温度随电压升高而升高,随压强的升高而降低。     

熔石英亚表面缺陷附近光强分布的数值模拟

 熔石英亚表面缺陷对光场的调制是导致激光辐照场破坏的主要因素。采用有限元方法对熔石英亚表面缺陷（平面和锥形划痕）周围的光强分布进行了数值模拟。结果表明：划痕形状、几何尺寸、方位角、光的入射角等是影响划痕周围光强分布的主要因素;前表面划痕对光强的增强效果比后表面弱;在理想形状的划痕截面和表面同时发生内全反射时,平面划痕周围的光强增强效果明显。锥形划痕周围的光强分布为正确解释交叉划痕的夹角平分线附近的损伤提供了理论依据。     

溶胶-凝胶SiO2酸性膜与碱性膜的激光损伤行为

 采用溶胶-凝胶技术分别在K9基片上镀制了光学厚度相近的单层SiO₂酸性膜和碱性膜。测试了两类薄膜的激光损伤阈值;分别采用透射式光热透镜技术、椭偏仪、原子力显微镜、扫描电镜和光学显微镜研究了两类薄膜的热吸收、孔隙率、微观表面形貌、激光辐照前薄膜的杂质和缺陷状况以及激光辐照后薄膜的损伤形貌。实验结果表明：相对于碱性膜,酸性膜有更大的热吸收和更小的孔隙率,因此其激光损伤阈值较小;两类薄膜不同的损伤形貌与薄膜的热吸收系数与微观结构有关。     

飞秒平顶光束经微透镜阵列在熔融石英中的成丝及其超连续辐射

实验研究了平顶激光光束经微透镜阵列在熔融石英中成丝的演化以及超连续辐射的产生,并进一步与高斯光束的成丝和超连续辐射进行了对比研究.分别对这两种光束的多丝传输进行了横向和纵向成像.结果表明,使用平顶光束可以获得更为均匀的多丝分布,成丝的起点也更为一致;尤其重要的是,相对于高斯光束,平顶光束可以使用更高的入射激光脉冲能量而不会造成介质的损伤,从而可以获得更高脉冲能量和更高转换效率的超连续辐射.     

化学增透膜激光疲劳损伤效应

疲劳效应是诱导高功率固体激光装置中光学元件激光损伤的因素之一,目前对SiO₂化学增透膜激光诱导疲劳损伤的研究鲜见报道。基于此,本文采用单一激光能量多发次辐照和多梯度激光能量多发次辐照两种不同的激光辐照方式,研究1064 nm化学增透膜层的激光疲劳损伤效应及特征。研究结果表明,在单一激光能量多发次脉冲激光辐照下,膜层最易发生疲劳损伤; 采用多梯度激光能量多发次辐照的方式,可以有效地提升膜层的损伤阈值,进而提升膜层的抗激光疲劳损伤性能。     

物理法和化学法制备的单层ZrO2膜的激光损伤行为差异

 分别采用电子束热蒸发技术和溶胶-凝胶技术在K9基片上镀制了光学厚度相近的ZrO₂单层薄膜,测试了两类薄膜的激光损伤阈值。分别采用透射式光热透镜技术、椭偏仪、原子力显微镜和光学显微镜研究了两类薄膜的热吸收、孔隙率、微观表面形貌、激光辐照前薄膜的杂质和缺陷状况以及激光辐照后薄膜的损伤形貌。实验结果表明：两类薄膜的不同损伤形貌与薄膜的热吸收与微观结构有关， 物理法制备的ZrO₂膜结构致密紧凑，膜层的杂质和缺陷多；化学法制备的ZrO₂膜结构疏松多孔，膜层纯净杂质少，激光损伤阈值达26.9 J/cm²；因物理法制备的ZrO₂膜拥有更大的热吸收(115.10×10^-6)和更小的孔隙率(0.20)，其激光损伤阈值较小(18.8 J/cm²)，损伤主要为溅射和应力破坏，而化学法制备的ZrO₂膜的损伤主要为剥层。理论上对实验结果进行了解释。     

ZrO2/SiO2溶胶-凝胶薄膜膜层间的渗透行为

 分别以丙醇锆和正硅酸乙酯为原料，采用溶胶-凝胶工艺制备了性能稳定的ZrO₂和SiO₂溶胶。用旋转镀膜法在K9玻璃上分别制备了单层SiO₂薄膜、单层ZrO₂薄膜、ZrO₂/ SiO₂双层膜和SiO₂/ZrO₂双层膜。采用原子力显微镜观察了薄膜的表面形貌，用椭偏仪测量薄膜的厚度与折射率，用紫外-可见光分光光度计测量了薄膜的透射率。对薄膜的透射光谱和椭偏仪模拟的数据进行分析，发现SiO₂/ZrO₂双层膜之间的渗透十分明显，而ZrO₂/SiO₂双层膜之间几乎不发生渗透。利用TFCalc模系设计软件,采用三层膜模型对薄膜的透射率进行模拟，得出的透射曲线与用紫外-可见光分光光度计测量的透射曲线十分符合。     

1.064 μm脉冲激光作用下SiO2薄膜纹波损伤的模拟

 用1.064 μm波长的单脉冲(6 ns)激光对K9玻璃基底上电子束沉积的单层SiO₂薄膜进行了辐照损伤实验。以扫描电镜对K9基底的断面进行分析,并采用表面热透镜装置对膜层中的缺陷进行了检测,最后采用Matlab偏微分工具箱对缺陷的散射光光场进行了有限元模拟。实验研究表明：膜层中存在缺陷,基底中也存在大量缺陷。模拟研究表明：缺陷的位置越深,形成的条纹间距也越宽;当缺陷的形状不规则时,在局部出现近似平行的纹波结构;当缺陷的数目增加时,这些缺陷的散射光的叠加就形成相互叠加的条纹。