高功率激光装置大口径光学元件侧面清洗实验

针对高功率激光装置内部最易产生受激布里渊散射(SBS)效应的大口径取样光栅(BSG)元件,测试了经过化学刻蚀、紫外激光清洗作用处理后,大口径光学元件BSG侧面在355 nm激光辐照下的损伤阈值、损伤形态以及产生的石英颗粒气溶胶对环境污染程度的分析。结果表明:经过化学刻蚀,BSG侧面的损伤阈值提高78%,基本与通光面的损伤阈值相当,而经过紫外激光处理后的损伤阈值提升不高,仅为通光面损伤阈值的56%。侧面对比分析了相同激光能量辐照下样片侧面产生的气溶胶污染状况,结果表明紫外激光处理同样可以提高光学元件侧面产生污染物的阈值,且对光学元件性能没有影响。通过微观形貌和对通光口径影响分析表明,紫外激光清洗处理比化学刻蚀具有更好的安全性和适用性。     

熔石英损伤修复坑下游光场调制的数值模拟与实验研究

系统研究了熔石英激光损伤修复后的形貌特征,根据测量数据建立了典型的损伤修复坑三维模型,利用标量衍射理论并结合快速傅里叶变换算法研究了修复坑在351 nm激光辐照下游光场调制的分布规律.研究表明,修复坑引起的光场调制会使得下游不同距离位置处出现环形光场增强区和轴上位置光场增强点;环形光场增强区位置距离修复元件较近,其环形调制极大值主要受修复坑深度的影响,且随修复坑深度的增大而逐渐增加;轴上位置光场增强点位置距离修复元件较远,其轴上调制极大值主要受修复坑边缘凸起高度的影响,且随凸起高度的增大而快速增加;环形调制极大值或轴上调制极大值增大的同时,其分布位置与修复元件之间的距离均会逐渐减小.实验验证表明,利用三维修复坑模型得到的下游光场调制数值模拟结果与实验测量结果具有较好的一致性.本研究结果对控制熔石英元件损伤修复形貌特征以抑制调制增强效应给出了具体的控制方向,对修复工艺的改进与完善提供了非常有意义的参考.     

高功率固体激光驱动器污染控制及片状放大器洁净度改进

针对高功率固体激光驱动器的安全运行,提出了覆盖驱动器建设全过程的污染控制方法,详细介绍了洁净清洗、洁净检测、洁净保护等保障污染控制效果的技术手段,并介绍了神光-Ⅲ主机装置片状放大器洁净度提升所采取的技术途径,以及片状放大器光照清洗实验中气溶胶等级随闪光灯照射次数的变化情况。实验结果表明,神光-Ⅲ主机装置的洁净水平与美国国家点火装置(NIF)接近且优于其他同类装置,洁净度的大幅提升为装置的安全运行提供了有力保障。     

硅纳米线尖端阵列的制备及其场发射性能研究

将银镜反应与金属催化化学刻蚀相结合,在室温附近成功地制备出了硅纳米线尖端阵列,其长度为4~7μm,中间部分的直径在100~300nm之间。该方法操作简单、高效、无毒、可控以及低成本,且不需要高温、复杂的设备,对环境也没有特殊要求。性能测试结果显示:该硅纳米材料能够有效实现电子发射,开启电场约为2.7V/μm(电流密度10μA/cm2处);硅纳米尖端阵列的场增强因子约为692,可应用在场发射器件之上。     

Explanation of Laser-Induced Damage Behavior of Fused Silica in a Large-Aperture Laser using a Small-Aperture Damage Test

Laser-induced damage is a key lifetime limiter for damage threshold on two different laser facilities optics in large laser facilities. Fused silica is tested to find the of different apertures. The damage threshold shows that the corners of the component are less damage resistant. The acid etch on a corner does not effectively increase the damage threshold. A statistics-based model is presented to extrapolate the threshold data in a small-aperture test to predict the damage threshold under functional conditions.     

大口径高通量实验平台反射镜在线洁净控制技术

针对大口径高通量实验平台面朝上反射镜表面发生的颗粒污染物沉积和损伤现象，提出了一种基于在线监测系统的在线洁净控制方法。通过搭建风刀系统实现了反射镜表面颗粒污染物在线有效洁净处理，利用风帘实现了反射镜表面颗粒污染物在线有效洁净维持，采用图像处理系统快速地实现了在线洁净处理效果的准确评估。实验结果表明，采用风刀吹扫能够减少元件表面颗粒污染物，使用风帘可以有效阻滞颗粒污染物沉降，可应用于反射镜在线洁净维持。     

用激光清洗金膜表面硅油污染物

采用CO2激光对镀金K9玻璃表面的二甲基硅油污染物进行清洗,在激光器单点作用模式下,分别研究了激光功率和作用时间对清洗效果的影响;并研究了连续扫描工作模式下的激光清洗效果。采用光学显微镜和傅里叶变换红外光谱仪表征激光清洗效果,研究结果表明:通过良好的控制激光参数,采用CO2激光清洗二甲基硅油具有明显的效果;此种非接触式清洗方式可确保K9玻璃表面的金膜完好无损。采用有限元分析软件模拟计算了激光功率和作用时间对清洗过程中温度的影响,计算结果与实验结果规律一致。     

熔石英表面铜颗粒污染激光诱导损伤

利用SAGA-S激光器输出的355 nm波长激光,研究了熔石英表面铜颗粒污染的激光损伤规律。采用磁控溅射的方式在洁净熔石英表面制备不同尺寸的颗粒状污染物,用1-on-1,10-on-1,20-on-1的方式测试经污染后的熔石英基底的损伤阈值,并采用光学显微镜观察损伤形貌、CCD在线测量损伤斑尺寸。结果表明:污染后的熔石英基底的损伤主要发生在后表面,而且以热烧蚀和热应力为主,基底的损伤阈值与熔石英前表面污染颗粒尺寸呈负指数关系,随后表面污染物颗粒尺寸的增大呈略微下降。前表面颗粒污染物诱导损伤斑尺寸为颗粒污染物尺寸的4倍,后表面颗粒污染物引起的损伤斑尺寸约为颗粒污染物尺寸的2倍。并绘出损伤斑尺寸与颗粒尺寸、辐照方式之间的关系。     

神光-Ⅲ主机激光装置片状放大器洁净控制进展

针对神光-Ⅲ主机激光装置片状放大器的洁净控制采取了一系列有效措施。除了设计上更有利于洁净控制外,机械结构件表面残留不挥发性有机污染物也达到了低于1 mg/m2的水平。为了进一步提高放大器洁净度,进行了光照清洗。实验结果表明:神光-Ⅲ主机装置的洁净水平与美国国家点火装置接近,光照清洗时内部气溶胶等级维持在5 000~10 000之间,且绝大部分表面有机残留物在最初几发光照清洗中已被释放,从而得到一个干净的放大器腔体,减少了放大器运行时光学元件受污染和损伤的几率。