单脉冲和多脉冲飞秒激光对单层光学薄膜的损伤

 利用掺钛的蓝宝石飞秒激光系统输出的单脉冲和多脉冲飞秒激光(中心波长800 nm，脉宽50 fs，靶面聚焦直径Ф 40 μm)，分别对BK7玻璃基底上厚约500 nm的单层HfO₂和单层ZrO₂薄膜进行辐照，得到了这两种薄膜在1-on-1和1 000-on-1测试方法下的激光损伤阈值。实验发现，两种方法下HfO₂单层膜的阈值均比ZrO₂单层膜的阈值高。从简化的Keldysh多光子离化理论出发，认为HfO₂薄膜材料的带比ZrO₂的宽是导致上述结果的主要原因。同时，同一种薄膜的多脉冲下的阈值比单脉冲下的低，原因是多脉冲下，飞秒激光对光学薄膜的损伤存在累积效应。     

Single- and multi-shot laser-induced damages of Ta_2O_5/SiO_2 dielectric mirrors at 1064 nm

Ta2O5/SiO2 dielectric mirrors deposited by ion beam sputtering (IBS) are studied. The multi-shot laserinduced damage threshold (LIDT) and its dependence on the number of shots are investigated, after which we find that the multi-shot LIDT is lower than that of single-shot. The accumulation effects of defects play an important role in the multi-shot laser damage. A simple model, which includes the conduction band electron production vsa multiphoton and impact ionizations, is presented to explain the experimental phenomena.     

多层介质膜脉冲宽度压缩光栅与超短脉冲作用时的性能分析

基于啁啾脉冲放大技术的超短脉冲激光系统是提供超快、超强激光的重要途径，具有良好输出波形和高损伤阈值的多层介质膜脉冲宽度压缩光栅是获得高峰值功率脉冲激光的关键. 基于傅里叶谱变换方法和严格模式理论，分析了多层介质膜光栅(MDG)在超短脉冲作用下的光学特性. 结果表明，当MDG的反射带宽小于具有高斯分布的入射脉冲的频谱宽度时，-1级反射脉冲呈非对称高斯分布，其前沿出现振荡，并且-1级反射脉冲能量开始剧烈下降. 讨论了MDG结构参数对其反射带宽的影响. 分析了MDG与超短脉冲作用时的近场光分布，对提高其抗激光损 关键词： 脉冲压缩光栅 傅里叶谱变换 模式理论 损伤阈值     

Accumulation effect of SiO_2 protective layer on multi-shot laser-induced damage in high-reflectivity HfO_2/SiO_2 coatings

The accumulation effects in high-reflectivity(HR) HfO2/SiO2 coatings under laser irradiation are investigated.The HR HfO2/SiO2 coatings are prepared by electron beam evaporation at 1 064 nm.The laser-induced damage threshold(LIDT) are measured at 1 064 nm and at a pulse duration of 12 ns,in 1-on-1 and S-on-1 modes.Multi-shot LIDT is lower than single-shot LIDT.The laser-induced and native defects play an important role in the multi-shot mode.A correlative theory model based on critical conduction band electron density is constructed to elucidate the experimental phenomena.     

抑制损伤发展的CO_2激光修复技术及机理研究

熔石英表面激光损伤发展问题一直制约着激光器的运行通量。采用CO2激光在线熔融修复损伤点,修复后形成一个光滑的高斯坑,去除了损伤点中的裂纹,平滑了凹凸不平的表面,并且在紫外脉冲激光作用下,修复斑再次产生损伤的阈值高于熔石英元件的损伤生长阈值。因此CO2熔融修复技术能有效地抑制损伤发展。通过分析CO2激光作用下熔石英表面的温度分布,讨论修复坑的形成过程,确定激光参数对修复效果的影响,为寻找最佳修复参数提供理论基础。同时利用原子力显微镜(AFM)、轮廓仪细致分析损伤点和修复斑的微细结构,采用有限差分时域方法计算损伤点和修复斑周围的光强分布,探索消除裂纹和平滑表面对抑制损伤生长的作用。     

SiO2保护膜对高反膜激光损伤特性的改善

 为了研究高功率系统中高反膜的损伤机制,对高功率系统中最常用的基频高反膜进行了损伤实验。利用台阶仪、扫描电镜、表面轮廓仪等手段,对实验样品的典型损伤形貌进行了比较和分析。结果表明：保护膜的存在增强了样品的抗激光损伤能力;未加保护膜样品的典型破坏形貌是由材料热物特性差异导致的分层剥落损伤,这类损伤在后续的脉冲辐照下会迅速发展;有保护膜样品的典型破坏形貌是中心带有μm量级小坑的等离子体烧蚀损伤区,其主要是由缺陷受热力作用喷溅导致,小坑附近膜面的凸起是这种力学作用的宏观体现,这类损伤在后续的脉冲辐照中表现得相对比较稳定。保护膜的存在,在一定程度上抑制了分层剥落这种灾难性损伤的出现,改善了样品的损伤特性。     

HfO_2单层膜的吸收和激光损伤阈值测试

薄膜吸收是降低膜层激光损伤阈值的重要原因,为了研究薄膜吸收对激光损伤阈值的影响,对HfO2单层膜在1 064 nm处的吸收及其在不同波长激光辐照下的损伤阈值进行了测试和分析。研究结果表明:薄膜的激光损伤阈值由薄膜吸收平均值(决定于薄膜中缺陷的种类和数量)和吸收均匀性(决定于薄膜中缺陷的分布)共同决定;根据HfO2单层膜在1064 nm波长处的吸收值,不但可以定性判断薄膜在1 064 nm波长,而且还可以判断在其它波长激光辐照下的抗激光损伤能力。     

反射型导模共振滤波器设计

导模共振滤波器由于其高峰值反射率,低旁带反射,窄带以及带宽可控等优良特性引起了人们极大的关注,采用亚波长光栅的导模共振效应可以实现传统基于高低折射率介质的多层膜滤波器所无法实现的特殊功能,在弱调制模式下,其共振带宽可以被压缩到零点几纳米,但是由于介质表面和空气层的菲涅耳反射,使得偏离或者远离共振区时的反射率偏高,根据等效介质理论,亚波长光栅在远离共振区可以被看为均匀的薄膜,本文通过对导模共振光栅进行单层、双层以及三层抗反射设计,有效的降低了导模共振光栅的旁带反射率,从而在可见光波段获得了性能优良的共振滤波 关键词： 导模共振 平面波导 傅里叶模式理论 窄带滤波     

Nd:YAG激光器光栅式扫描预处理的计算模拟与优化分析

 采用计算模拟的方法,研究了光栅式扫描预处理的扫描方式以及脉冲能量波动、定位误差对预处理效率的影响。研究发现,脉冲能量波动及其定位误差使预处理效率降低,同时其影响与扫描方式之间存在相互调制作用,因此可以通过选择合适的扫描方式以及扫描间隔来优化预处理流程,提高预处理效率。此外发现,光斑呈等边三角形排列时的预处理效率优于正方形。     

Transient optical properties in fused silica measured by time-resolved high-power laser photometer

A time-resolved high-power laser photometer, which measures the real-time variations of transmission, internal reflection, and scattering simultaneously with picosecond time resolution, was developed to investigate the material response sequence during high-power nanosecond laser irradiation in thick fused silica. It was found that the transient transmission decreased sharply, accompanied by an increase in internal reflection at the rising edge of the laser pulse. The transient transmission recovered, while laser damage did not occur, but it did not recover if the scattering increased, indicating the occurrence of laser damage. The reason for the sharp decrease of transmission and the relationship between the transmission drop and laser damage were discussed.