21世纪的光学和光电子学讲座 第一讲 激光化学：化学物理学中的一个新研究

基于激光同分子的相互作用,激光既可用于分子结构、性质及化学反应过程的探测。也可用于化学反应的引发和控制,从而形成了一个研究领域－－激光化学。文章对该领域的发展作了介绍。     

高能激光六十年:回顾与展望

激光的本质是微观粒子的有序运动,而热是微观粒子的无序运动,高能激光产生过程中这一对矛盾贯穿始终,可以说高能激光的发展史,就是一部与废热的斗争史。回顾高能激光发展的六十年,剖析高能激光的科学内涵,我们大致将其划分为前后三十年的两个阶段,前一阶段着重解决能用的问题,后一阶段重在解决好用的问题。围绕产热、散热,我们剖析了激光功率、光束质量、效率三者之间的内在关联,简要回顾了各类高能激光器的发展历程,评价了各类高能激光的特色,展望了高能激光未来的发展路径。     

激光相干控制选态激发的理论研究

系统地研究了三色相位干的激光场与三能级体系的相互作用过程，证明了态的布居几率依赖于光场的相的相位和振幅属性，从理论上指出用于相干光场实现选态激发的可能性，并首次提出用相干光场去实现泛频激发的可行性和优点。     

适用于化学动力学研究的激光纹影系统

激光纹影技术特别适合检测激波后高温快速反应的反应速率。本文建立的激光纹影系统能很好地从事化学动力学研究。并对Kiefer的激光纹影系统进行了改进,改进后的激光纹影系统测定结果稳定,操作简便。     

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。     

金属光学薄膜的激光化学沉积法

评述薄膜光学技术的发展动向及铜、金、铝光学薄膜的激光化学汽相沉积法。     

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。     

飞秒激光脉冲整形技术及其应用

通过频域上控制飞秒激光脉冲幅度、相位和偏振在时域上可以获得几乎任意形状的飞秒激光脉冲,这种飞秒激光脉冲整形技术可为研究光与原子分子非线性相互作用提供一种全新实验技术手段.本文介绍飞秒激光脉冲整形发展历史、技术方法、控制方式及其相关应用,并展望飞秒激光脉冲整形技术未来的发展方向.     

化学刻蚀过程中熔石英表面沉积物的形成及其对激光损伤的影响

化学刻蚀是提升熔石英光学元件抗激光损伤性能的重要后处理技术之一,但刻蚀后熔石英表面附着的沉积物对其表面质量、透射性能和抗激光损伤性能有很大影响。使用光学显微镜和原子力显微镜表征了化学刻蚀后附着于熔石英表面的沉积物的微观形貌,并分析了其形成机理;X射线能谱分析表明化学刻蚀后熔石英表面沉积物主要由Fe,Ni,Al等元素的金属盐组成。损伤阈值测试结果表明熔石英表面高密度沉积物区域的损伤阈值明显低于非沉积物区域,沉积物对熔石英光学元件的抗激光损伤性能产生严重影响,它们是诱导熔石英激光损伤的前驱体。     

预处理对355nm激光作用下熔石英损伤增长的影响

测试了经化学蚀刻、紫外激光预处理及其共同处理后的熔石英355 nm激光损伤阈值;研究了处理前后其损伤斑面积随激光辐照脉冲数的增长情况。结果表明,处理后熔石英355 nm激光损伤阈值得到了提高,且损伤斑面积增长变慢。利用CO2激光对熔石英表面损伤点进行了修复处理,修复后的损伤点R-on-1抗损伤阈值和基底阈值相当,损伤增长得到有效抑制。     

地基强激光试验功率的近场核查方法

地基强激光试验功率的核查是军备控制中的一个重要物理问题。本文提出了多探测器测量激光大气散射光的核查方案,给出了最佳的探测参数并研究了几种不同的估算激光功率的算法。     

高能超音速氧碘化学激光光束质量的测量

概述了在千瓦级ＵＲ－９０腔的氧碘化学激光实验装置上进行的光束质量测量的实验，测试结果表明。     

DF化学激光窗口低损耗增透膜

 表述了DF激光波段采CaF₂和硅窗口减反射膜系的结果。分析了设计多层AR膜的方法并给出用ZnSe/YbF₃材料组合的双层和五层AR膜系。计算了各种膜系的理论性能。研究了膜层淀积工艺技术,对于CaF₂和硅窗口,在DF激光波段实验透过率分别为99.54%和99.8%,镀AR膜CaF₂窗口能承受4.3kW/cm²的连续波DF激光辐射。     

激光分离脆性材料的研究

传统分离脆性材料的技术由于易产生残余应力、显微裂纹与边部碎屑等缺陷，越来越不能满足半导体工业高精度与高清洁度的要求。激光微细加工技术以无污染、无接触及加工精度高、操作柔性好等优势，正成为一种很有潜力的脆性材料精密加工技术。介绍了用于分离脆性材料的几种典型激光微细加工技术，包括激光烧蚀切割技术、激光诱导张应力控制微裂纹扩展技术与激光剥离技术的工艺原理、特点及研究现状，指出了其存在的主要问题并探讨了其改进措施。最后预测了激光分离技术的发展前景。     

以氮气为载气的千瓦极COIL的初步实验研究

首次在氯气流量为110mmol/s、采用方列管型射流式O^2(^1△）发生器（SPJSOG）以及列阵式超音速氧碘混合喷管的COIL装置上，以氮气替代拟气作为载气进行出光实验研究。初步实验获得1.8kW的激光输出功率以及18％的化学效率。     

光学频率合成器的自动化控制研究

光学频率合成器可在激光波长宽调谐范围内按指定的频率高精度地输出赫兹线宽稳频激光。在实现700～990 nm光学频率合成器原理验证的基础上,研究了光学频率合成器自动化控制的方法。通过实时比较波长计读数与目标输出光频的差别,自动设定输出激光的波长和数字可控光栅转台,自动获得输出激光与飞秒光梳之间的拍频信号并进行自动信号处理,以获得输出激光与参考激光之间的锁相控制信号。采用计算机控制后,可在1 min内获得输出激光频率控制误差信号,这为实现全自动的光学频率合成器打下基础。     

神光II升级装置波前传输计算模型与验证

基于衍射理论和神光II升级激光装置的光路结构及光学元件波前像差,建立了激光装置光束波前像差传输计算模型,用以获取在实验中难以取得,但对激光系统设计和安全运行非常重要的变形镜校正面型、放大器动态波前像差、空间滤波器波前像差和焦斑形态等过程数据。利用该模型对激光装置常规运行时的静态传输、变形镜加压静态传输和大能量发射3种状态下的波前传输进行理论分析,计算结果与实验测量相一致,并在此基础上对变形镜未加压大能量发射波前传输进行计算。计算模型可用于指导相关器件的设计,优化激光运行控制模式,有利于提高激光装置输出波前质量。     

氧碘化学激光中BHP的NMR研究

用核磁共振的方法第一次直接证实了氧碘化学激光的化学原料过氧化氢不溶液中Ｏ２Ｈ＾－的存在，并得到了其化学位移δ＝４．７４，同时，提供了一种较精确地确定了ＢＨＰ中Ｏ＾２Ｈ＾－浓度的方法，－ＮＭＲ法。     

激光科学和生命科学

激光科学与生命科学相互渗透,正在形成一门新兴边缘学科──“激光生命科学”.本文就激光生命科学下述几个重要领域的研究进展进行概述：1)激光生物学与激光诱变育种;2)激光遗传工程及激光微束在遗传操作中的应用;3)激光在分子生物学中的应用;4)用于生命科学研究的激光光谱技术;5)激光医学;6)激光生物物理技术。     

平凸型氮化硅球面微透镜的研究

介绍了用激光化学汽相沉积球面微透镜的技术，首先对激光化学汽相沉积法获得球面微透镜进行了理论分析，并用计算机分析了在一定沉积技术下的微透镜厚度剖面形状及光学聚集特性。其后介绍了激光化学汽相沉积的实验装置，用该装置在平面石英玻璃衬底上，制出了平凸型氮化硅球面微透镜，并对其参量进行了测量。