红外光电探测器的激光损伤分析

分析了国内外有关红外光电探测器激光损伤阈值的大量测量数据。讨论了激光损伤探测器的机理以及目前尚未解决的问题。比较了高重复频率脉冲激光和连续波激光对探测器的损伤效果。分析表明 ,在相同平均功率的条件下 ,高重复频率脉冲激光与连续波激光相比 ,探测器损伤效果前者要比后者大得多     

多脉冲激光对光学薄膜的损伤

本文报道了1.06μm和0.35μm的多脉冲激光对光学薄膜损伤的积累效应,研究了损伤几率与激光能量和重复频率的关系。     

高重复频率激光脉冲光束大小对吸收玻璃损伤特征的影响

针对高重复频率对吸收性滤光片损伤问题,研究了高重复频率(kHz量级)激光脉冲的光束半径大小对吸收玻璃的形貌特征和损伤机理.研究发现在总的激光作用个数、单脉冲能量和脉冲作用频率固定时,吸收玻璃的损伤特性发生很大变化:在光束半径较大时,激光能量分散,主要损伤形貌是熔化破坏;随着光束半径的减小,激光脉冲能量变得集中,热量的累积效果变得明显,逐渐变成熔化破坏和气化破坏;当激光光束半径小到一定程度,则会由于光强过大使得介质表面发生击穿而产生激光等离子体冲击波,同时由于热量沉积的集中使光束作用中心处产生超热液体,当满足相爆炸发生的条件时,气化物、液滴和固体颗粒的混合物会向外飞溅,在损伤凹陷的周围形成气化物、液滴的冷凝区和固体颗粒溅射区. 关键词： 激光诱导损伤 高重复激光脉冲 吸收玻璃 相爆炸     

VO2光学薄膜的脉冲激光损伤特性测试

为评价VO2光学薄膜在光电器件中的工作可靠性,搭建了可输出连续渐变激光能量密度的脉冲激光照射实验平台,运用1对1与s对12种激光损伤测试手段进行激光辐射照射实验,采用线性外推法和测量计算法2种方法对实验结果进行了处理并得出VO2薄膜在重复频率10 kHz、中心波长532 nm、脉冲宽度15 ps脉冲激光辐射下的损伤特性。结果表明:VO2薄膜损伤几率与脉冲激光的单脉冲能量密度呈线性关系,重复辐射的激光脉冲对VO2薄膜造成的损伤具有积累效应,且重复辐射的激光脉冲次数越多损伤积累效果越明显。     

重复脉冲激光辐照光学材料的热力效应

在建立高斯型重复脉冲激光辐照光学材料模型的基础上,得到了圆柱型光学材料的二维温度场和热应力的解析解.以K9玻璃为例,通过数值计算得到同条件下重复脉冲激光对光学材料的损伤阈值.研究表明：在高斯型重复脉冲激光辐照下,损伤阈值受到脉冲数目、宽度、重复频率以及脉冲激光光斑半径的影响,多数情况下K9玻璃会发生热应力损伤.     

重复频率脉冲激光作用下膜内包裹物对损伤阈值的影响

 利用介质薄膜中包裹物的热理论模型，结合S.Papernov 等利用电子束蒸发技术在熔融石英上沉积含Au包裹物的HfO2薄膜实验，得出Au的吸收截面。以包裹物Au为例，计算了脉冲激光作用下不同包裹物半径对损伤阈值的影响，分析了重复率脉冲激光作用下薄膜损伤阈值的变化及重复频率与激光损伤阈值的关系。结果表明：随着包裹物半径的增加，激光损伤阈值先减小，接着增加而后再减小。激光损伤阈值与脉冲宽度的0.4次方成正比。随着脉冲重复频率的增加，激光损伤阈值单调下降，产生损伤所需的最小脉冲数则单调上升。     

LN晶体的激光损伤研究

测量了ＬＮ晶体的表面和体损伤阈值，以及重复频率脉冲的积累效应，研究了晶体中的非线性吸收过程。分析了损伤机理，发现在表面和体内都会发生多光子吸收，并且是引起晶体破坏的根源，造成宏观破坏的原因在体内是应力炸裂，在表面是热烧熔化和等离子体抛射。     

准分子激光辐照K9玻璃的热力效应分析

基于传热学理论, 利用有限元法对KrF准分子激光辐照K9玻璃样品中的热力效应进行了数值分析, 并比较了脉冲数目和重频对损伤效果的影响。研究表明, 较低的准分子激光能量就能够使K9玻璃在表面和体内产生热应力损伤, 热应力损伤在光斑区域内主要由压缩热应力控制, 在光斑边缘和材料内部则主要由拉伸热应力控制。在激光脉冲结束时刻, 产生的温度和热应力最大, 且热应力以热冲击波的形式在材料内传播, 随时间变化而来回振荡, 逐渐减弱。这种热应力的反复冲击会对材料产生持续的损伤增长效应, 增加了材料的损伤时间, 并使材料更容易断裂。脉冲数目和重复频率对损伤效果有着较大影响, 在高重复频率下, 损伤累积效应明显。     

高功率陶瓷板条激光器

高功率固体激光在先进制造、能源、信息、医疗及国防等领域有广泛应用。激光陶瓷材料具有掺杂浓度均匀可控、抗激光热损伤能力强、易于制备大尺寸和复合结构等优点，被认为是高功率固体激光的重要增益材料。报道了本课题组近年来在高功率陶瓷板条激光方面的主要研究进展。采用中国科学院上海硅酸盐所制备的大尺寸Nd:YAG陶瓷板条，实现了平均功率4.35 kW的1 064 nm脉冲激光输出，脉冲宽度为160μs，重复频率为400 Hz。此外，采用中科院上海硅酸盐所制备的大尺寸Yb:YAG陶瓷板条，实现了平均功率9.8 kW的1 030 nm脉冲激光输出，脉冲宽度为560μs，重复频率为160 Hz，光光转换效率为60%。这些研究表明，激光陶瓷材料具备实现高功率、高光束质量与高效率激光的潜力。     

多脉冲激光对K9玻璃的表面损伤实验研究

 实验研究了波长为1 064 nm、脉宽为10 ns、重复频率为1 Hz的激光脉冲对K9玻璃的表面损伤特点,给出了脉冲透过能量随激光脉冲作用次数变化的规律。采用3维立体显微镜对损伤形貌进行观察,发现K9玻璃的损伤表面呈环状分布,分为烧蚀区、微裂纹区和断裂区。随着激光脉冲个数的增加,损伤由点状破坏演变为损伤区,微裂纹逐渐增长,损伤面积逐渐增大。基于激光支持的爆轰波理论分析,激光与脆性材料的相互作用可引起微裂纹的大量增长。在多脉冲激光的作用下,K9玻璃损伤的累积效应明显,表面损伤阈值明显降低,表面裂纹增长明显,损伤面积逐渐增大;但随着激光脉冲的继续增加,这种损伤趋于稳定。     

熔石英紫外激光初始损伤形态分析

 采取355 nm激光脉冲辐照熔石英样品,利用Nomarski微分干涉差显微镜、原子力显微镜和扫描电子显微镜观测手段对前后表面产生的损伤点进行了观察分析。对前后表面损伤形态做出详细的描述和分类,从理论上对每种损伤类型产生的条件与机理做出推测。实验结果表明：熔石英前表面存在小麻点群损伤和星状裂纹损伤两种损伤形态,横向尺寸分别为0.8～2.5和1.0～5.5 μm;后表面存在小麻点群损伤、壳状剥离损伤和火山口3种损伤形态,损伤横向尺寸分别为0.48～1.33,4～20和12～30 μm。实验证明了1 μm尺度损伤点的产生与再沉积层密切相关。     

脉宽对中红外激光带内损伤HgCdTe材料的影响

研究了脉宽对于中红外脉冲激光带内损伤碲镉汞（HgCdTe）材料阈值的影响,使用一维自洽模型对激光辐照HgCdTe材料程中的载流子数密度,载流子对数目流,载流子对能流,载流子温度和材料晶格温度等相关参数进行仿真计算。仿真结果表明,波长2.85 μm,脉宽30 ps～10 ns单脉冲激光带内辐照HgCdTe材料的损伤阈值为200～500 mJ/cm2。其中,300 ps～3 ns脉冲激光的损伤阈值相近,均为200 mJ/cm2且低于其他脉宽激光的损伤阈值。搭建实验光路并进行相关实验验证仿真模型的正确性。实验发现,波长2.85 μm、脉宽300 ps的单脉冲激光带内辐照HgCdTe材料的损伤阈值在200 mJ/cm2左右。相同条件下,10 ns单脉冲激光带内辐照HgCdTe材料的损伤阈值约474 mJ/cm2。百皮秒脉冲激光对HgCdTe材料的损伤过程结合了热击穿和光学击穿效应,其独特的毁伤机理加剧了材料的损伤。     

连续CO2激光对红外窗口材料损伤研究

研究了连续ＣＯ２激光对几种红外窗口材料的表面损伤特性，研究表明，损伤机制在于杂质缺陷吸收造成的热冲击应力破坏。深入研究了杂质缺陷密度、焦斑与材料损伤阈值的关系，并建立了一个损伤模型。同时分析了热冲击应力破坏方式。     

Fenestration operation in middle ear bone with pulsed infrared lasers: an in-vivo study

The feasibility of fenestration operation in middle ear bone with pulsed infrared laser is evaluated. Healthy male New Zealand rabbits in vivo are used in the experiment. Middle ear mastoid bone of animal model is completely exposed with conventional methods, and then a pulsed CO2 laser （10.6 μm） and an Er：YAG laser （2.94 μm） are used to perform the fenestration operation. Diamond drill is also used as a control group. The total operation time and light irradiation time are recorded and the opening efficiency is assessed. The morphological changes and thermal damage around the opening window on the middle ear bone are examined. It is shown that both laser systems are suitable for the fenestration operation in middle ear bone, and this no-touch technique has a lot of benefits compared with traditional methods. The bleeding during operation has an important effect on operation time and thermal injury and needs to be controlled efficiently in further study.     

基于飞秒激光直写光纤光栅的掺镱光纤激光器

 利用飞秒激光微加工技术,可以在光纤纤芯内直写出布拉格光栅,它与传统的光纤光栅制作方法相比,具有耗时短、无需光敏光纤、周期可任意设定、光栅稳定性高等优点。采用800 nm钛宝石飞秒激光器,在Hi1060光纤内写入一支8 mm长的布拉格光栅,光纤光栅的周期为2.9 μm,这是中心波长为1 042 nm的八阶光纤布拉格光栅。将所得光栅与一段有源的双包层光纤熔接,作为激光输出镜,利用975 nm的LD光纤模块作为泵浦源,采用端泵浦技术构成双包层光纤激光器。双包层光纤采用Nufern公司镱(Yb³⁺)离子掺杂双包层光纤,光纤长度3 m。所得激光器的输出功率为71.1 W,中心波长1 042 nm,带宽约为0.8 nm。     

光学窗口材料激光辐照热-力效应的解析计算研究

建立了高功率连续激光辐照透明光学材料的热力学模型,通过积分变换方法求解三维热传导方程,得出了激光辐照引起的瞬态温度场分布的精确解析解,并在此基础上进一步求得热应力场的瞬态分布。以1.315μm的高能氧碘激光辐照熔石英玻璃为例,计算了熔石英在激光辐照下的温度场与热应力场分布,分析了其激光损伤机理。研究结果表明由于熔石英具有优良的热稳定性,温度不均匀分布所产生的热应力相对较小,激光损伤主要是受辐照区域温度值超过材料熔点发生熔融破坏。理论分析结果与相关的实验结论一致,说明所建立激光辐照效应模型的合理性。     

熔石英光学材料紫外皮秒激光损伤的瞬态特性研究

光学元件激光损伤是限制高功率激光装置输出能力的关键因素,为了理解光学元件激光损伤过程,提高光学元件抗激光损伤性能,利用偏振阴影显微镜成像技术和光电探测技术研究了紫外皮秒激光诱使熔石英光学元件损伤的时间分辨动力学过程。结果显示了紫外皮秒激光作用过程中冲击应力波的传输特性、瞬态吸收的演变过程以及裂缝的发展过程。结果表明,冲击应力波的传输速度约为6.9μm/ns;532nm波长的激光瞬态吸收在激光作用之后2.5μs时激光吸收达到最大值,之后缓慢下降,整个持续时间可达50μs以上;损伤裂纹在7.5ns时刻就基本停止增长。研究结果对理解皮秒激光的损伤机制有重要意义。     

波段外10.6μm激光辐照中红外PV型HgCdTe光电探测器机理分析

用波长为10.6μm的波段外连续波激光辐照PV型HgCdTe中红外光电探测器,得到了不同辐照功率密度下探测器的响应输出随激光功率密度变化的一系列实验结果。观察到探测器对波段外激光的电压响应方向与波段内激光的电压响应方向相同,随波段外激光功率密度升高,探测器的电压响应值先增大后减小。分析认为:该现象是由于探测器材料的弱吸收和基底材料的强吸收在不同时刻产生的不同的温度梯度,与材料的整体温升共同作用的结果。该温度梯度在探测器内产生温差电动势,而热激发的电子空穴对在温度梯度的作用下定向运动被结电场分离,产生热生电动势,热生电动势是波段外激光辐照下PV型探测器中电动势产生的主要机制。