两种反射膜系的激光热力损伤特性

 在驻波场理论基础上,用表面和界面强吸收理论模型,计算出了激光辐照下两种不同反射膜系中温度场的“多峰”分布特性,分析了激光对薄膜的热力损伤特性、主要破坏模式和阈值条件。结果表明,光学薄膜对激光能量的吸收,主要由驻波场分布及膜层的消光系数决定;膜系表面的杂质吸附层和界面吸收层是膜系的主要能量沉积区,从而在这些界面形成温度场的“多峰”分布,界面因此成为最容易受激光损伤的部分。导致光学薄膜激光损伤的主要模式为膜层熔融和脱落两种。如果膜层中含有杂质,则容易诱导杂质处膜层剥落破坏。     

LY12铝平面靶对1.06μm激光反射率的测量

采用激光反射率多路测试仪,测量了LY12铝平面靶对1.06μm激光的反射率和反射激光强度的空间分布。在大气、室温环境下,靶表面粗糙度为1.6～3.2μm,激光功率密度由16.8kW/cm~2上升至60.8kW/cm~2时,长脉冲激光反射率由0.90降至0.80。激光功率密度为283MW/cm~2时的短脉冲激光反射率为0.78。而激光反射率和反射激光强度空间分布与靶的温度场、后退的烧蚀面光学特性及蒸汽羽对激光的吸收性质有关。     

高能激光破岩的传热学特性研究

高能激光破岩中激光与岩石相互作用的过程,是一个复杂的非稳定的传热学问题。利用能量守恒原理,得到了激光破岩的传热方程,并对其相变过程中固液相变界面、液气界面上的焓、导热系数和比热等热物性参数进行了近拟简化,从而建立了激光破岩温度场分析的物理模型。利用Galerkin方法,对激光破岩的温度场模型进行了数值分析求解和实例计算。     

毫秒脉冲激光辐照硅基PIN的温度场应力场数值分析

为了研究毫秒脉冲激光辐照硅基PIN多层结构产生的温度场和应力场的特点,本文基于热传导理论和弹塑性力学理论,利用等效比热容法处理相变潜热,考虑多个热源,尤其是底层铝电极反射的影响,并考虑硅基PIN探测器每层材料参数的非线性影响,采用有限元模拟软件COMSOL Multiphysics,对毫秒脉冲激光辐照硅基PIN多层结构的过程进行了二维数值模拟,得到了材料表层及内部各层的瞬态温度场与应力场的时空分布和变化规律.结果表明,底层铝电极对激光的反射,使得在底层铝电极处及附近硅层的温度都略有升高.在此基础上,分析了毫秒脉冲激光辐照硅基PIN的硬破坏机理,即熔融前力学损伤导致硅基PIN探测器的功能失常.     

脉冲激光作用下表面液膜相变行为的实验观测

本文采用显微放大摄影及快速瞬态温度检测系统，对高能脉冲激光作用下金属表面液膜的相变行为进行了观测、拍照及瞬态温度测量，初步揭示了一些新的物理现象，并研究了激光功率密度、脉冲宽度、工质种类等对表面液膜相变行为的影响．     

1 064, 532和680 nm波长的反射-吸收复合型防护膜的研制

 针对1 064, 532 和 680 nm波长激光， 以聚碳酸酯 （PC） 为镀膜基底， 钕玻璃激光中心波长为1 064 nm, 采用六分之一加三分之一膜系的反射膜系设计，以氧化锆为高折射率膜层材料，氯化酞菁铝掺杂的氧化硅为低折射率膜层材料，通过溶胶-凝胶法镀21层膜，并在多层反射膜与PC基底之间插入张力匹配层，实现了钕玻璃激光器1 064 nm主频和532 nm二倍频波长激光的反射，以及680 nm波长红宝石激光的同时吸收，1 064,532和680 nm波长处的透射率分别为1.67％，18.24％和2.4％。     

金属材料在中强度激光辐照下的相变速度研究

在找出了使金属材料只发生液化相变的激光功率密度的前提下，借用金属液态与金属固态某些相似的性质，通过类比，给出了金属液化材料对激光的吸收率. 经过分析，指出了直接解析金属相变速度的不可能性. 通过建立金属液态内的能量方程，在质量守恒的前提下，求得了激光辐照金属的相变速度. 通过讨论发现，影响金属相变速度的因素不仅有激光的强度，而且还有激光的圆频率. 关键词： 金属材料 中强度激光 辐照 相变 速度     

双波段激光防护多层反射膜的设计

利用TFCalc膜系设计软件,从理论上对激光防护多层反射膜的光学性能进行了分析。计算了各个膜系的理论投射率曲线。分析了各个因素(如膜系结构、膜层奇偶性、起膜材料)对膜层光学性质的影响。并设计了以ZrO2和SiO2为膜层材料,聚碳酸酯(PC)为基体材料,可以同时防护532nm和1064nm波长激光的1∶2型多层反射薄膜。在532nm和1064nm处的理论透过率都达到了0.01%(光学密度D=4)。并在PC镜片表面镀上23层1∶5型激光反射膜,对理论设计进行验证。对其在400nm~1200nm波长范围内的光学性能进行了测试,测试结果与理论计算值基本吻合。     

球墨铸铁QT600-3激光相变硬化数值模拟研究

采用商业有限元软件ProCAST,建立了激光相变硬化温度场的3维数值模拟模型,对球墨铸铁QT600-3进行激光相变硬化的数值模拟研究,计算了表面淬火的温度场,根据温度场预测了硬化层的深度和宽度。激光功率在800~1 000 W之间,激光扫描速度在2.000~2.667 mm/s之间,光斑直径在4~5 mm之间时,计算得到的硬化层深度在0.20~0.64 mm之间,硬化层宽度在2.0~3.7 mm之间。球墨铸铁数值模拟结果与试验基本吻合,两者变化趋势一致。     

Q开关Nd:YAG脉冲激光对红外滤光片的损伤效应

 介绍了由滤光片膜层结构决定的激光在光学薄膜中形成温度场及驻波场特性。用1.06μm调Q Nd:YAG激光器，在激光脉冲宽度10ns和光斑直径0.61μm的条件下，进行了激光辐照红外滤光片的损伤特性实验研究。根据脉冲激光辐照红外滤光片后样品损伤分析，发现滤光片的最初损伤发生在里面的膜层中，从而在实验上验证了计算得到的滤光片膜层中存在其温度场及驻波场的结果。它对提高红外滤光片的抗激光辐照能力研究具有一定的参考价值。     

Analysis of laser induced thermal mechanical relationship of HfO_2/SiO_2 high reflective optical thin film at 1064 nm

A numerical model is developed for the calculation of transient temperature field of thin film coating induced by a long-pulsed high power laser beam. The electric field intensity distribution of HfO2/Si02 high reflective （HR） film is investigated to calculate the thermal field of the film. The thermal-mechanical relationships are discussed to predict the laser damage area of optical thin film under long pulse high energy laser irradiation.     

激光辐射致热单层薄膜温度响应

用热传导方程计算了在脉宽10ns、波长1.06μm的激光辐射下,TiO_2单层膜的温度场分布.结果表明:膜层的热参数增大,其峰值温度明显降低,而基板热参数变化对膜层温度响应影响很小,温度场分布由电场分布决定,1/4波长薄膜的峰值温度低于半波长薄膜的峰值温度.     

光纤激光器光学膜设计与制备

针对激光在传输过程中的光能损失,本文根据光学薄膜理论,设计制备了减反射膜和抗激光的高反射膜,并对激光膜的镀膜材料、膜系设计、沉积工艺及离子辅助沉积等参数进行了深入研究.研究结果表明,制备的减反膜的反射率＜O.2%,激光以25°～65°入射时高反射膜的反射率＞99.7%.对50μm光纤和K9玻璃镀膜前后的输出功率测试显示...     

规整膜系层厚允许误差的研究

提出了一种通过计算机模拟薄膜的淀积过程来计算规整膜系层厚允许误差的方法,所计算的层厚允许误差不仅取决于膜系的设计结构,还与薄膜的淀积工艺、镀膜设备的监控精度有关.实验结果表明:采用这种方法所计算出的层厚允许误差对于薄膜的实际镀制具有指导意义.     

基于光学薄膜的LED光谱调制技术

针对白光LED光谱与自然光谱的不同,讨论了采用光学薄膜改善白光LED光谱的可行性,同时提出了一种利用光学薄膜消除白光LED发光光谱中蓝光成份的方法,设计了光学薄膜的透过率曲线,并分析了其可行性.针对单色LED光谱随温度不同发生变化的特点,根据分析样品在4.9°、24°和49°三种环境温度下的光谱分布,设计了一种光学薄膜的透过率曲线,分析利用该设计薄膜改善单色LED光谱温度稳定性的可行性及结果.研究结果表明,在保证白光LED出光效率的前提下,仅靠在发光芯片上镀制光学薄膜的方式并不能改善光谱的结构,而使之与自然光中的可见光谱相似.采用设计的光学薄膜,可以消除白光LED发光光谱中的蓝光波段,提高光谱的舒适性.在4.9°、24°和49°三种环境温度下,利用设计的薄膜可将分析LED的发光光谱的中心波长稳定在700 nm附近,相对发光强度稳定在0.2附近,不同温度时光谱分布的相似性也有了较大的改善,研究结果有助于LED照明光源的进一步应用.     

基于光学薄膜的LED光谱调制技术

针对白光LED光谱与自然光谱的不同,讨论了采用光学薄膜改善白光LED光谱的可行性,同时提出了一种利用光学薄膜消除白光LED发光光谱中蓝光成份的方法,设计了光学薄膜的透过率曲线,并分析了其可行性.针对单色LED光谱随温度不同发生变化的特点,根据分析样品在4.9°、24°和49°三种环境温度下的光谱分布,设计了一种光学薄膜的透过率曲线,分析利用该设计薄膜改善单色LED光谱温度稳定性的可行性及结果.研究结果表明,在保证白光LED出光效率的前提下,仅靠在发光芯片上镀制光学薄膜的方式并不能改善光谱的结构,而使之与自然光中的可见光谱相似.采用设计的光学薄膜,可以消除白光LED发光光谱中的蓝光波段,提高光谱的舒适性.在4.9°、24°和49°三种环境温度下,利用设计的薄膜可将分析LED的发光光谱的中心波长稳定在700 nm附近,相对发光强度稳定在0.2附近,不同温度时光谱分布的相似性也有了较大的改善,研究结果有助于LED照明光源的进一步应用.     

Electrical conductivity and optical properties of ZnO nanostructured thin film

The electrical conductivity, structural and optical properties of ZnO nanostructured semiconductor thin film prepared by sol-gel spin coating method have been investigated. The X-ray diffraction result indicates that the ZnO film has the polycrystalline nature with average grain size of 28 nm. The optical transmittance spectrum indicates the average transmittance higher than 90% in visible region. The optical band gap, Urbach energy and optical constants (refractive index, extinction coefficient, real and imaginary parts of the dielectric constant) of the film were determined. The electrical conductivity of the film dependence of temperature was measured to identify the dominant conductivity mechanism. The conductivity mechanism of the film is the thermally activated band conduction. The electrical conductivity and optical results revealed that the ZnO film is an n-type nanostructured semiconductor with a direct band gap of about 3.30 eV at room temperature.     

Non-imaging ray-tracing for sputtering simulation with apodization

Although apodization patterns have been adopted for the analysis of sputtering sources, the analytical solutions for the film thickness equations are yet limited to only simple conditions. Empirical formulations for thin film sputtering lacking the flexibility in dealing with multi-substrate conditions, a suitable cost-effective procedure is required to estimate the film thickness distribution. This study reports a cross-discipline simulation program, which is based on discrete particle Monte-Carlo methods and has been successfully applied to a non-imaging design to solve problems associated with sputtering uniformity. Robustness of the present method is first proved by comparing it with a typical analytical solution. Further, this report also investigates the overall all effects cause by the sizes of the deposited substrate, such that the determination of the distance between the target surface and the apodization index can be complete. This verifies the capability of the proposed method for solving the sputtering film thickness problems. The benefit is that an optical thin film engineer can, using the same optical software, design a specific optical component and consider the possible coating qualities with thickness tolerance, during the design stage.     

基于塑料镜片防水加硬抗老化光学薄膜的研制

为了解决现有光学塑料镜片表面易划伤、高温时容易发生膜裂的问题，选取机械性能稳定的Ti₃O₅、SiO₂作为高、低折射率材料，依据光学薄膜理论，采用TFCalc软件设计膜系，通过电子束加热蒸发和离子源辅助沉积薄膜，在膜系的最外层用电阻加热法镀制防水膜。通过选择新材料SV-55作为连接层，增强了塑料镜片与膜层的附着力，解决了膜系与塑料镜片膨胀系数不匹配的问题，提高了塑料镜片的抗温能力。通过优化工艺参数，得到400 nm~700 nm反射率R≤1%的绿色减反膜。测试结果显示，研制的薄膜具有耐摩擦、抗老化、防水和防油污的特性。     

500.8 nmNd∶YAG青光激光器光学薄膜的设计与制备

从双波长激光运转及和频的机理出发，对LD泵浦Nd∶YAG，LBO腔内和频500.8 nm〖JP2〗青光激光器所使用的光学薄膜进行了设计和制备.在激光反射镜的设计上，为了达到最佳的和频输出，对膜系要求进行了深入分析.采用对谐振腔一端面反射率固定不变并通过对另一腔镜基频光的透射率进行调谐的方法, 在给出合理初始结构后，利用计算机对膜厚进行了优化.并采用双离子束溅射沉积的方法，通过时间监控膜厚法成功制备出青光激光器所使用的全介质激光反射膜, 在室温下实现946 nm和1064 nm双波长连续运转，并通过Ⅰ类临界相位匹配LBO晶体腔内和频在国内首次实现500.8 nm青色激光连续输出.当泵浦注入功率为1.4 W时和频青光最大输出达20 mW.