多层薄膜瞬态热弹反射光栅实验及其理论分析和有限元数值计算

多层薄膜/基片材料的热学性质受各层薄膜及基片的共同影响,因此同时评估各层材料的热学性质是非常重要的.激光诱导瞬态热栅技术是一种研究材料表面及亚表_面光声光热现象有效的方法,因此可用于研究多层材料的热学性质.本文利用瞬态热弹反射光栅方法研究多层薄膜/基片结构材料的热扩散率,首先对A1/ZnO/Si基片结构的多层材料进行激...     

磁光型光盘存贮介质记录特性的研究

本文给出了激光热磁记录多层膜温度场分布求解的基本公式,由此评价了温度场分布对记录磁畴尺寸的影响,并以四层膜结构为例,得到了相应的数值解,有关的验证实验也同时完成,由此得到了降低记录激光功率的方案.     

短脉冲激光加工硅膜的传热过程及烧蚀图形的二维计算

为研究短脉冲激光辐照硅膜表面后的能量传输过程,基于双温方程的计算方法以及自由电子气理论,建立了求解能量传输方程的二维有限元模型.针对红外以及可见光波段的激光,通过限制硅膜的大小,有效地控制了计算的精度,并得到电子温度与热流的时间以及空间分布.计算结果表明,激光诱导产生的等离子体密度极大地影响了硅膜表面的反射率及光吸收系数;通过分析电子热流密度随时间的变化曲线,得到硅膜内部能量的传输过程;在激光作用过程中,硅膜内部晶格温度始终保持在熔点以下,证明了等离子体密度是激光烧蚀硅膜的主导因素;预测了激光烧蚀的图形,并分析了不同波长的激光烧蚀图形与高斯曲线的关系.     

脉冲激光烧蚀过程中靶材表面熔融前温度分布与激光功率密度分布的研究

用较为符合实际的高斯分布表示了脉冲激光输出功率密度分布，讨论了脉冲激光功率密度分布函数形状变化对烧蚀过程中靶材表面熔融前温度分布的影响。建立了考虑热源项的热传导方程，并给出了相应的边界条件。以Si为例，用有限差分方法模拟了温度随时间、位置的变化规律，模拟过程中强调了对边界条件的处理，使整体截断误差保持最小。通过改变脉冲激光功率密度分布函数的形状，分析了温度分布的变化。结果表明，相比恒定脉冲功率密度输出，功率密度高斯分布的激光束与靶材作用时高温阶段的温度变化率变大，靶材表面熔融时刻热扩散距离增加；当激光器上升沿变陡时，在有效作用时间内温度上升得更快，对加工区域周围热效应的影响明显减弱，而热扩散距离变小。     

漫反射金膜在1.064μm波长处的反射特性

本文研究了强激光辐照下漫反射金膜在近红外波段的反射特性,建立了漫反射金膜表面反射率在线测试系统,得到了不同激光参数辐照下膜层表面反射率变化曲线。检测了金膜表面氧化产物的主要成分,给出了氧化产物的生成机理。根据氧化理论和单层膜反射理论建立了金膜表面反射率变化计算模型,并基于该模型分析了膜层氧化对激光辐照温升的影响。结果表明:强激光辐照下漫反射金膜表面生成了一层光学薄膜,组分为Ni O,生成速率满足对数定律; Ni O薄膜对入射激光的吸收是金膜表面反射率下降的主要原因,而且辐照光强越强膜层氧化越快。     

蓝光磁光盘的优化设计与分析

以TbFeCo作为蓝光磁光盘的记录介质，需要对传统磁光盘热、光学结构进行改进以提高载噪比。利用光学特征导纳矩阵法对改进结构的磁光盘膜层进行了优化设计，得到了较好的匹配结果；并通过热学计算得到了记录膜体温度分布，从理论上证明了新结构的优越性。     

X光多层膜反射镜的损伤与破坏实验研究

 产生X光激光的等离子体环境对X光多层膜反射镜造成损伤与破坏。通过模拟实验,给出国产Mo/Si多层膜反射镜的破坏阈值大约是0.10J/cm²,在这个辐照剂量下,多层膜表面均方粗糙度明显增加,反射率几乎降至为零。提出了防止多层膜反射镜破坏的一些想法。     

金膜表面等离激元诱导邻巯基苯甲酸脱羧反应的表面增强拉曼光谱研究

贵金属纳米结构表面等离激元共振（SPR）因其广泛的用途而备受关注,它不仅可以催化某些特殊的表面反应,同时还能产生表面增强拉曼散射效应（SERS）,极大增强分子的表面拉曼信号,因此两者结合后可在纳米结构表面采用SERS光谱跟踪SPR催化反应。目前此类研究主要集中在氮氮（N═N）偶联,因此亟待拓展SPR反应种类及提高催化活性和效率。采用SERS光谱研究邻巯基苯甲酸（OMBA）分子在金纳米粒子单层膜（Au MLF）表面的脱羧行为。通过气液界面组装法制备“热点”分布均匀的金纳米粒子单层膜,以此作为基底,探讨了溶液pH值、激光功率及激光照射时长对该基底表面脱羧反应的影响。研究结果表明,吸附在Au MLF表面的OMBA分子在表面等离激元驱动下碱性和中性介质中发生脱羧基反应,生成苯硫酚（TP）,且碱性中反应活性大于中性溶液。在酸性介质中几乎不发生脱羧反应。较强的激光功率,脱羧反应的活性越高;产物SERS强度的增加与激光照射时间成线性关系,时间延长可提高脱羧反应的产率。这为拓展SPR驱动的光催化反应及深入理解其反应机理提供了实验依据。     

强激光照射下受预内压作用的球壳的热力响应

分析受强激光照射和预内压联合作用的球壳的热力效应。在光强相对较低的情形,激光照射处理为壳体表面热流输入。推导了瞬态热传导解析解;并选取一组典型的几何及材料参数,针对一系列激光光强情形用大型有限元程序对热传导和热弹塑性变形作了数值计算,得到了热传导的清晰的物理图象,讨论了壳体结构变形的空间分布和随时间的演变规律以及对激光光强和照射时间的依赖关系。     

周期热流法测量复合膜热扩散率的分析

在周期加热下薄膜二维导热分析的基础上，探讨了复合股非稳态导热的数值分析方法，并计算了使用周期热流法测量复合膜面向热扩散车时试样上温度波相位和幅值的分布．指出复合膜各膜层导热性质相差很大时，膜材料面向导热与基于一线导热分析的结果是不同的，为复合膜的测量提供了理论基础．     

Temperature profile of the multilayer structure irradiated by pulsed laser

Two programs are developed to calculate the temperature profile, as well as the reflectance, transmittance and absorption of a given multilayer film structure, in order to better understand the laser energy distribution between the reflectance, transmittance and absorption in each film layer. An inorganic Blu-ray recordable disc (BD-R) structure is used as a practical demonstration of the multilayer structure. The reflectance and absorption of the BD-R structure exhibit opposite trends and oscillate repeatedly with varying lower or upper dielectric layer thickness while the rest of the film thickness remains unchanged. The energy absorption in an absorbed layer depends on the thickness of the dielectric layers, its relative position in the structure and the extinction coefficient of its optical constant. The total absorption ratio of its maximum to minimum can be over 3 when changing the lower dielectric layer thickness of the studied structure. The layer thickness acts as an energy valve to control the energy flow into the multilayer structure. The thermal profile of the multilayer film structure irradiated by a pulsed laser is calculated at different positions in the film layers with time. The calculated temperatures in the recording alloy layer exhibit linear relationship with the applied power level. The effect of the laser duration time on the temperature increase in the recording layer is significant in the first few nanoseconds and becomes saturated if the heat balance is established in the structure. The calculated temperature is consistent with the experimental recording result when the structure is recorded at 4-time BD-R recording speed.     

长时热变形下硅反射镜的参量选择

 以硅反射镜材料为例,对长时热变形下镜面吸收率、镜夹持半径及激光功率等参量对氧碘化学激光输出光束特性的影响进行了研究,给出了参量选择范围。模拟计算结果表明:镜面吸收率是控制输出功率的关键因素之一,要保证在出光10 s内输出功率下降程度小于20%,吸收率应不超过3.0×10^-4。在四点夹持的情况下,镜面夹持半径大小与输出光束大小相关,当夹持半径与输出光束半径的比值大于1.40时,可以避免夹持过小造成的镜面边缘处发生畸变的现象。     

大气热晕效应引起的激光焦移的计算与分析

采用薄透镜组合的半解析近似方法,研究了大气中的热晕效应对激光聚焦的影响.用该计算方法得出结论:大气热晕效应对高功率激光聚集光束传输的影响与其初始功率、发射口径、传输路径及大气吸收系数有关.在吸收系数随距离增加而减少的光程上(如上行传输),热晕将导致焦点向远离发射点方向移动,而在吸收系数随传输距离增加而增加的光程上(如下行传输),热晕将导致焦点向靠近发射点方向移动.     

光斑尺寸对光学薄膜元件温升的影响

 实验测量了波长1 064 nm， 10 kHz高重复频率激光辐照下在白宝石、石英玻璃、K9基片上制备的Ta₂O₅/SiO₂高反膜的温度变化，有限元分析的结果与实验结果相一致。用ANSYS程序计算了不同光斑直径、相同功率激光和相同功率密度激光辐照下薄膜元件温升的变化。结果表明：相同功率激光辐照光学薄膜元件时，光斑大小只影响激光辐照点的温升，对基板温升没有影响。基板温升只与激光功率有关，激光功率越大，基板温升越大。相同功率密度激光辐照光学薄膜元件时，光斑越大，激光辐照点温度及基板温度均越高。从激光损伤的热效应考虑，小光斑激光辐照时，光学薄膜的激光损伤阈值较高。     

Switching from "absorption within transparency" to "transparency within transparency" in an electromagnetically induced absorption dominated transition

The absorption of a resonant coupling laser driving a closed degenerate two-level system in an atomic cesium beam was investigated as a function of the detuning of a second laser probing the same transition. The measurements were performed for four different polarization combinations of the two laser beams. Except for the beams of counterrotating polarizations all coupling-laser absorption profiles showed "absorption within transparency," i.e., the absorption in the region around the two-photon resonance was smaller than the absorption corresponding to the one-photon transition induced by the coupling laser, and an extra absorption peak was observed on this curve at the two-photon resonance. With regard to the beams of counterrotating polarizations we observed a switch from absorption within transparency to "transparency within transparency" when the probe-laser power exceeded the constant coupling-laser power. In other words, the cesium ensemble became mostly transparent to the coupling-laser beam at the two-photon resonance.     

连续波DF高功率激光引起的光学元件热畸变和损伤

分析了四分之一波长膜堆和金属介质增强激光反射膜的吸收，计算和测量了连续波高功率激光辐照下光学元件的热变形．对理论计算和实测结果进行了比较。     

掺杂BaTiO3/SrTiO3多层膜与太赫兹波相互作用

掺杂半导体中的载流子吸收在THz波段非常明显,其相互作用研究是研制THz通信中的关键器件之一的基础。采用氟化氪（KrF）脉冲准分子激光烧蚀沉积（PLD）技术,制备了Ni掺杂BaTiO3/SrTiO3多层膜。基于辐射频率为3.09 THz、脉冲功率为10 mW量级的THz 量子级联激光器(QCL)光源研究了太赫兹波在Ni掺杂BaTiO3/SrTiO3多层膜中的传输,发现损耗主要是Ni颗粒的非共振吸收导致。     

激光热透镜光谱法测量有机溶剂的弱吸收

本工作采用反向交叉式双光束激光热透镜光谱法,以氩离子激光作泵浦光源,在514.5nm波长条件下,测量了十五种有机溶剂和水的极小的吸收系数,获得了较高的测量灵敏度。洋细研究了基本实验参数,讨论了光路系统,讨论和比较了测量各类有机溶剂的吸收系数实验结果。     

High performance a-Si solar cells and new fabrication methods for a-Si solar cells

The super chamber, a separated UHV reaction-chamber system has been developed. A conversion efficiency of 11.7% was obtained for an a-Si solar cell using a high-quality i-layer deposited by the super chamber, and a p-layer fabricated by a photo-CVD method.As a new material, amorphous superlattice-structure films were fabricated by the photo-CVD method for the first time. Superlattice structure p-layer a-Si solar cells were fabricated, and a conversion efficiency of 10.5% was obtained.For the fabrication of integrated type a-Si solar cell modules, a laser pattering method was investigated. A thermal analysis of the multilayer structure was done. It was confirmed that selective scribing for a-Si, TCO and metal film is possible by controlling the laser power density. Recently developed a-Si solar power generation systems and a-Si solar cell roofing tiles are also described.     

激光直接加热自背光法辐射不透明度测量方法探索

本文提出一种基于单束激光直接加热多层平面靶开展 稠密等离子体辐射不透明度特性研究的靶物理设计并对其进行了实验验证. 在XG-II激光装置上, 采用三倍频束匀滑激光辐照Au/CH/Al/CH多层平面靶产生背光源和Al样品等离子体, 通过观测背光源经样品等离子体衰减后的透过谱得到样品等离子体的辐射吸收性质. 采用Multi-1D程序对激光加热多层靶进行了辐射流体力学数值模拟, 给出了样品等离子体状态及其时间演化过程. 利用细致谱项模型 (DTA) 对实验测量的Al等离子体吸收谱进行理论分析, 表明等离子体温度在20–70 eV之间, 该结果与辐射流体力学模拟结果基本一致. 关键词： 吸收光谱 自背光 激光等离子体