纳秒激光诱导损伤熔石英玻璃的动力学过程

采用超快时间分辨阴影成像技术研究了纳秒激光诱导损伤熔石英玻璃前后表面和体内的动力学过程,对比分析了前后表面和体内的损伤差异及损伤机制。在前表面,观察了空气和材料中的等离子体和冲击波的产生与发展过程;亚纳秒激光辐照下,前表面材料内观察到三个应力波,并观察到材料体内的损伤过程。在后表面,除观察到冲击波的产生与发展过程,还观察到表面物质的烧蚀去除与喷发过程。在材料内部,损伤由自聚焦和点缺陷吸收两种机制主导,而且点缺陷吸收诱导材料体内损伤有时间先后顺序。     

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。     

退火对ZrO2薄膜微结构及激光损伤阈值的影响

利用电子束蒸发方法在Yb∶YAG晶体和熔融石英衬底上沉积单层ZrO2薄膜,分别在673 K和1 073 K的温度下经过12 h退火以后,通过X射线衍射（XRD）分析了薄膜晶相,计算了薄膜的晶粒尺寸;利用表面热透镜技术获得了薄膜的吸收;测量了退火后薄膜的激光损伤阈值。实验结果表明:两种衬底上的薄膜结构受到退火温度和衬底表面结构的影响,高温退火有利于单斜相的形成,含单斜相的ZrO2薄膜具有较高的激光损伤阈值,而由于衬底的吸收,Yb∶YAG晶体上薄膜的损伤阈值远小于石英衬底上薄膜的损伤阈值。     

氚化钛、钛基合金氚化物时效过程的晶体结构变化研究-Ⅱ

氚化物部件的主要缺点之一是它们的寿命较短，这是由于随着氚衰变，^3He在氚化物晶体中不断积累，对晶体造成损伤，破坏了氚化物的完整性，最后^3He急剧地释放。这样一来，使用金属氚化物的技术装置的工作能力就被破坏了。     

半导体电子态理论简介(Ⅱ)

三、半导体表面 半导体表面研究的现象包括理想表面,表面的弛豫和重构,以及表面吸附等.理想表面是假设晶体断裂后,它的表面原子的排列和晶体内部相同.实际情况往往不是这样,由于在表面上原子所受的力与晶体内部不同,它的运动自由度又较大,因此往往会发生表面原子位移.如果这种位移不破坏晶体平行于表面的平移对称性,则称为弛豫;如果破坏了这种平移对称性,并形成一种新的平移对称性,则称为重构. 由于半导体表面的存在,晶体在表面方向上的平移对称性被破坏了,但仍保留平行方向的平移对称性.根据布洛赫原理,平行方向的波矢k　仍是一守恒理,但在…     

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。     

KDP晶体微纳加工表层杂质对其激光损伤阈值影响的有限元分析

 根据KDP晶体杂质附近的温度场及热应力场理论,分析了微纳加工表层杂质影响下晶体温度场及热应力场的分布情况,发现杂质离子对激光的强吸收作用是造成KDP晶体损伤的主要原因之一,也是影响KDP晶体激光损伤阈值的最主要因素。通过分析还发现杂质半径对晶体的激光损伤阈值也有影响,并得到一个有害的杂质半径,使得杂质吸收能量最多,温度最高。另外杂质种类及杂质含量的不同也会对晶体的激光损伤阈值产生影响。     

光子晶体增强石墨烯THz吸收

研究了光子晶体表面石墨烯在应力赝磁场作用下的太赫兹(THz)吸收.由于应力赝磁场的存在使得石墨烯中电子出现朗道能级并对THz波呈现出一个较强的吸收.而光子晶体和石墨烯形成了表面微腔结构使得石墨烯对THz波的吸收比无光子晶体时增强了将近四倍.且可以通过改变应力赝磁场和间隔层厚度来调控石墨烯的THz吸收.     

激光聚焦位置对K9光学玻璃损伤的影响

 利用脉宽为10 ns、波长为1 064 nm的激光脉冲聚焦通过K9玻璃的方法,研究了玻璃的损伤形貌与高强度纳秒激光脉冲聚焦位置的关系。当激光脉冲聚焦在样品中心时,吸收能量随着入射能量的增加呈线性增长,玻璃的破坏范围不断扩大;当激光脉冲聚焦在样品表面时,吸收能量随着入射能量的增加呈先增长而后减小最终趋于平稳,玻璃表面的破坏范围也是先增大而后减小趋于平稳,这主要是由于空气被击穿而吸收大量能量引起的。     

不同脉冲宽度355 nm波长激光诱导DKDP晶体损伤特性

研究了用于三倍混频的Ⅱ类DKDP晶体在35 ps,850 ps和7.6 ns三种不同脉宽355 nm波长激光作用下的损伤特性。实验对比分析了损伤阈值、概率和损伤针点形貌、尺寸和密度,并根据损伤阈值及概率得到前驱体阈值及密度。结果表明,前驱体的激光能量吸收量与脉宽线性相关。35 ps激光作用下DKDP有一种前驱体吸收激光能量形成熔融状损伤针点。850 ps激光作用下有两种前驱体吸收激光能量并产生力学破坏形成中心熔融四周断裂的损伤针点。7.6 ns激光作用下只有一种前驱体吸收激光能量,并且形成的损伤针点与850 ps对应的损伤针点有相同特征。     

Heating of a sample with a laser pulse

The transient temperature associated with the bulk absorption of a rectangular laser pulse in a solidstate sample of finite size is calculated analytically and analyzed. Radiation is incident on the frontal surface with an arbitrary surface thermal conductivity. The opposite surface is thermostatically controlled and maintained at a constant equilibrium temperature. The general solution is obtained for pulses of arbitrary duration. The pulse duration is determined with respect to the relaxation time of the nonstationary thermal diffusion (it is the characteristic time of the problem). The limiting cases of the adiabatic insulation and isothermal contact at the frontal surface are considered, and the criteria for surface and bulk light absorption are derived for both cases. The temperature distributions are numerically simulated and examined for long and short pulses, as well as for different values of the light absorption coefficient and the surface thermal conductivity of the frontal surface.     

薄膜体内缺陷对损伤概率的影响

由实验中得到的激光损伤概率与表面杂质密度的关系出发，结合XRD测试和激光损伤测试的结果，得到体缺陷或杂质破坏起主导作用的损伤机理.将激光作用时杂质吸收的热学和力学过程与杂质分布的统计规律结合起来，得到了深埋于薄膜内部的杂质诱导薄膜损伤概率与杂质密度、激光功率密度以及薄膜厚度的关系.该模型认为能诱导薄膜破坏的杂质尺寸范围与杂质填埋深度有关，所以不同深度处能诱导薄膜损伤的杂质密度不一样，理论结果与实验结果符合得很好.该理论模型还可以很好地解释损伤形貌.     

研究表面光学和热学特性的一种新方法——光热位移光谱

本文介绍研究固体、表面及薄膜的光学和热学特性的一种十分灵敏的探测技术。这一探测技术——光热位移光谱,是基于对样品表面吸收电磁辐射后所引起的热膨胀的测量。本技术亦适用于那些要求高真空和温度变化范围较大条件的实验研究工作。这种光谱技术还能将面吸收和体吸收很好的区分开来,入射功率面的吸收的测量能达到αl=10^-6/W.     

大口径氘化磷酸二氢钾晶体离线亚纳秒激光预处理技术

大口径氘化磷酸二氢钾(DKDP)晶体抗激光损伤性能偏低严重地制约着大型高功率激光装置输出水平.本研究利用离线亚纳秒激光预处理技术有效地提升了大口径DKDP晶体抗激光损伤性能.实际使用情况表明,采用离线亚纳秒激光预处理后,DKDP晶体在9 J/cm²激光通量辐照下的表面平均损伤密度得到大幅下降,由未处理前的5.02 pp/cm²(1pp表示1个百分点)降至0.55 pp/cm²,降幅为一个数量级.同时,激光预处理对晶体损伤尺寸具有一定的抑制作用,预处理后晶体损伤点尺寸分布曲线向尺寸减小的方向平移,尺寸分布峰值由预处理前的25μm降至预处理后的18—20μm.     

Photothermal displacement spectroscopy: An optical probe for solids and surfaces

We present a sensitive technique for determining the optical and thermal properties of solids, surfaces and thin films. This technique, photothermal displacement Spectroscopy, is based on the detection of the thermal expansion of a sample upon absorption of electromagnetic radiation. The technique is well suited for in situ ultrahigh vacuum studies and for experiments where wide temperature ranges are required. We show that surface and bulk optical absorption can be distinguished and that surface absorptions of αL=10^?6/W of incident power can be measured. The theoretical basis of the signal generation is given, and excellent experimental and theoretical agreement is demonstrated. The implications of our findings to imaging and microscopy are discussed.     

UBK7玻璃后表面缺陷诱导体内激光损伤

 对UBK7玻璃在波长为1.064靘的短脉冲激光作用下产生的损伤进行了研究。通过对体损伤的形貌的相衬显微镜观测,发现体内和后表面炸裂点间的丝状损伤,从而提出后表面缺陷导致体损伤的理论解释。同时分析了表面损伤和体损伤的机理,对后表面损伤阈值低于前表面的原因作了讨论。     

物理法和化学法制备的单层ZrO2膜的激光损伤行为差异

 分别采用电子束热蒸发技术和溶胶-凝胶技术在K9基片上镀制了光学厚度相近的ZrO₂单层薄膜,测试了两类薄膜的激光损伤阈值。分别采用透射式光热透镜技术、椭偏仪、原子力显微镜和光学显微镜研究了两类薄膜的热吸收、孔隙率、微观表面形貌、激光辐照前薄膜的杂质和缺陷状况以及激光辐照后薄膜的损伤形貌。实验结果表明：两类薄膜的不同损伤形貌与薄膜的热吸收与微观结构有关， 物理法制备的ZrO₂膜结构致密紧凑，膜层的杂质和缺陷多；化学法制备的ZrO₂膜结构疏松多孔，膜层纯净杂质少，激光损伤阈值达26.9 J/cm²；因物理法制备的ZrO₂膜拥有更大的热吸收(115.10×10^-6)和更小的孔隙率(0.20)，其激光损伤阈值较小(18.8 J/cm²)，损伤主要为溅射和应力破坏，而化学法制备的ZrO₂膜的损伤主要为剥层。理论上对实验结果进行了解释。     

高功率脉冲电子束辐照SiO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;的光学和激光损伤性能

研究了不同剂量的60 kW高功率脉冲电子束辐照对高纯熔石英玻璃的微观结构、光学性能和激光损伤特性的影响规律. 光学显微图像表明, 辐照后熔石英样品由于热效应导致表面破裂, 裂纹密度和尺寸随辐照剂量增加而增大, 采用原子力显微镜分析表面裂纹的微观形貌, 裂纹宽度约1 um, 同时样品表面分布着大量尺寸约0.1–1μm的碎片颗粒. 吸收光谱测试表明, 所有样品均在394 nm处出现微弱的吸收峰, 吸收强度随着电子束辐照剂量增大呈现先增加后减小的趋势. 荧光光谱测试发现辐照前后样品均有3个荧光带, 分别位于460, 494和520 nm, 荧光强度随辐照剂量的变化趋势与吸收光谱一致. 利用355 nm激光研究了不同剂量电子束辐照对熔石英激光损伤阈值的影响, 结果表明熔石英的损伤阈值随着辐照剂量的增加而降低. 在剂量较低时, 导致熔石英激光损伤阈值下降的原因主要是色心缺陷; 剂量较高时, 导致损伤阈值降低的原因主要是样品表面产生的大量微裂纹和碎片颗粒对激光的调制和吸收. 关键词： 熔石英 电子束辐照 色心 激光损伤阈值     

Statistical approach to bulk inclusion initialized damage in films

In experiments, we have found an abnormal relationship between probability of laser induced damage and number density of surface inclusion. From results of X-ray diffraction (XRD) and laser induced damage, we have drawn a conclusion that bulk inclusion plays a key role in damage process. Combining thermo-mechanical damage process and statistics of inclusion density distribution, we have deduced an equation which reflects the relationship between probability of laser induced damage, number density of inclusion, power density of laser pulse, and thickness of films. This model reveals that relationship between critical sizes of the dangerous inclusions (dangerous inclusions refer to the inclusions which can initialize film damage), embedded depth of inclusions, thermal diffusion length and tensile strength of films. This model develops the former work which is the statistics about surface inclusion.     

Laser induced damage in GaAs at 1.06 μm wavelength: surface effects

An experimental study of single shot damage to monocrystal GaAs by a free running laser pulse of 1.06 μm wavelength is described. In order to see the role of surface effects on laser induced damage, samples of different surface finish were prepared. The laser induced damage threshold (LIDT) of lapped GaAs samples is considerably lower than that of the mirror polished samples (ratio ). Damage threshold results are analysed in terms of a thermal model incorporating the temperature dependent thermal and optical parameters of GaAs. The combined effect of the enhanced surface absorption and high surface recombination velocity of photo-excited carriers significantly enhances the surface temperature rise and reduces the damage threshold value of GaAs. The evolution of damage morphology is governed by the mechanical damage caused due to the polishing process.