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.     

飞秒脉冲激光辐照下硅表面光致荧光特性(英文)

采用钛宝石飞秒脉冲激光对单晶硅在空气中进行辐照,研究了硅表面在不同扫描速度和能量密度下的光致荧光特性。光致荧光谱(PL)测量表明,在样品没有退火处理的情况下,激光扫描区域观察到橙色荧光峰(603nm)和红色荧光带(680nm附近)。扫描电子显微镜(SEM)测量显示,在飞秒脉冲激光辐照硅样品的过程中硅表面沉积了大量的纳米颗粒。利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)检测到了低值氧化物SiOx(x2)的存在,并且结合能谱仪(EDS)检测结果发现氧元素在光致发光中起着重要作用。研究表明:603nm处橙色荧光峰来自微构造硅表面低值氧化物SiOx,680nm附近红色荧光带来自量子限制效应。同时样品表面硅纳米颗粒的尺寸和氧元素的浓度分别决定了红色荧光带和橙色荧光的强度,通过调节飞秒激光脉冲的扫描速度和能量密度,可以有效地控制样品的荧光强度。     

飞秒激光刻写1×4铌酸锂光波导功分器的研究

采用一种以五次幂函数为基础所设计的1×4光波导功分器路径,利用中心波长为800 nm、重复频率为75 MHz的飞秒脉冲激光为光源,通过控制三位电动平移台,在Z切割铌酸锂晶体进行横向扫描此路径,在激光功率为270 mW和扫描速度为0.05 mm/s下,制备出1×4光波导功分器,分析了改变扫描速度和扫描次数对波导形成的影响,以及波导形成的原因.实验结果表明:在强激光的各种参量一定时,扫描速度越小,扫描次数越多,波导线宽越大,扫描速度在一定范围内时,波导损耗较低.     

白光频谱干涉原理及其应用

本文详细讨论了白光频谱干涉的基本原理及其在微位移测量中的应用,并将其与传统白光干涉以及时域迈克尔逊干涉进行了比较,探讨了白光频谱干涉在大学物理理论与实验教学中的重要应用前景。     

带有矩形过渡区的非对称Y分支光波导

提出了带有矩形过渡区的非对称Y分支光波导的两种设计方案。分别通过设置两分支波导不同的宽度和改变分支波导与矩形中心的轴偏移量,去获得非对称分支比。采用有限差分光束传播法（FD-BPM）对两种结构进行模拟,得出它们的分支比和损耗。分支比分别最高可达809／6和72．9％,其相对应的损耗分别低于0．12dB和0．23dB,充分证明了方案的可行性,为以后非对称Y分支光波导的制作提供了实验基础。     

退火对熔石英表面损伤修复点损伤增长的影响

研究不同参数退火处理的熔石英表面损伤修复点再次损伤及损伤增长时的形貌和损伤增长率的差异, 同时与未退火的基底及修复点的损伤增长行为对比. 结果表明: 未退火的修复点再次损伤后, 损伤点周围的裂纹会在应力的作用下继续扩展, 导致更加严重、尺寸更大的损伤点; 当退火处理将修复点周围应力导致的光程差控制在25 nm左右时, 虽损伤增长速率较快, 但可有效抑制裂纹扩展. 同时研究结果也表明只要退火过程能将修复点周围应力导致的光程差控制在10 nm以下, 其损伤增长率与基底的损伤增长率没有明显差异, 从而可以有效控制修复点的损伤增长速率. 研究结果可为分析应力对修复点损伤增长的影响、指导退火参数的优化提供参考.     

冲击波在空气和熔石英元件界面传播的超快诊断

基于球面波在弹性介质界面上的反射和折射特性的基本理论,采用超快时间分辨的光学诊断技术,研究了532nm纳秒激光辐照熔石英元件表面产生的冲击波在空气和样品界面的传播特性,获得了冲击波在材料内部传输以及在空气与样品界面反射的时间分辨图像。结果表明:激光脉冲与材料作用在前后表面产生了向体内传输的冲击波,且产生的冲击波在玻璃与空气界面处反射为两个波,即反射波和反射剪切波;反射波和反射剪切波的强度与入射冲击波的入射角有关。     

单脉冲纳秒激光诱导硅表面微结构

利用Nd:YAG纳秒脉冲激光(波长532nm)在空气中对单晶硅表面进行单脉冲辐照,研究了激光能量密度和光斑面积变化对微结构的影响。通过场发射扫描电子显微镜和原子力显微镜(AFM)对样品表征,并对纳秒激光辐照硅的热力学过程进行分析。结果显示:当脉冲激光的能量密度接近硅的熔融阈值且光斑直径小于8μm时,形成尖峰微结构;随着能量密度或光斑面积增大,尖峰结构消失,形成边缘隆起和弹坑微结构。通过流体动力学模型得到微结构形貌的解析解,模拟得到的微结构形貌与实验测得的AFM数据一致。研究表明微结构的形成主要是由于表面张力引起的熔融硅流动。表面张力与表面温度和表面活性剂的质量浓度有关。温度梯度引起的热毛细流作用和表面活性剂浓度引起的毛细作用共同影响下形成尖峰、边缘隆起和弹坑微结构。     

非模型依赖的导热系数稳态测量实验设计

基于不良热导体导热系数稳态测量法,提出了一种新型实验设计。该方法相比于传统方案,具有非模型依赖、实验结果无偏、物理过程直观、可同时给出散热速率等优势,更有利于大学物理实验教学。针对这种方法,对实验与理论的协调性、具体实验操作、实验结果不确定性等具体问题进行了分析,并使用模拟实验对上述分析结果进行验证。