光学薄膜激光损伤的光热偏转法实时研究

本文首次把调制与脉冲光热偏转技术同时置于激光损伤测试装置之中,用以进行光学薄膜激光损伤的实时研究.初步实验结果表明,该方法不仅有助于确定损伤阀值,也有助于分析损伤形貌和损伤过程,包括样品损伤前的行为及样品在重复频率激光作用下损伤的累积效应.     

光学薄膜的光热偏转信号分析

本文给出了透明基体上的单层薄膜在激光辐照下的温度分布和光热形变偏转信号的理论表达式。通过数值计算,分析了偏转信号与薄膜参数、基体参数以及调制频率之间的关系,用反射式光热偏转装置对光学薄膜的光热偏转信号进行了实验研究。结果表明,理论计算和实验结果是一致的。     

利用光热偏转技术实施光学薄膜弱吸收的多波长测量

介绍了光热表面形变光束偏转技术用于测量光学薄膜弱吸收的基本原理,简述多波长吸收测量装置的建立和测试过程,最后给出简单的测量实例.     

用共线光热偏转技术测量光学薄膜的微弱吸收

用具有高灵敏的共线光热偏转技术研究SiO_2、ZrO_2、MgF_2、ZnS等单层光学薄膜的吸收特性,测得它们的吸收率.实验结果与激光量热法及横向光热偏转技术符合良好,表明共线光热偏转技术是测量光学薄膜弱吸收的较理想方法.     

用透射反射扫描法检测光学薄膜的激光损伤

 用波长1.06μm的激光透射反射自动扫描装置扫描了激光辐照前后薄膜的反射比和透射比。薄膜样品的工作波长为1.06μm。将扫描结果与相衬显微镜观察到的形貌相对照。实验结果表明，用透射反射扫描法不仅能反映出相衬显微镜所能观察到的损伤，而且也能发现某些显微镜所不能发现的损伤。由于透射比和反射比可以反映出薄膜对激光的传输性能，因此也能反映出薄膜能否继续工作，以此来判定损伤与否。因此用透射反射扫描法可以作为检测损伤的手段，由于简单易行，可以在线检测。避免目前损伤测试工作中繁重的人工操作。     

用透射反射扫描法检测光学薄膜的激光损伤

用波长1.06μm的激光透射反射自动扫描装置扫描了激光辐照前后薄膜的反射比和透射比。薄膜样品的工作波长为1.06μm。将扫描结果与相衬显微镜观察到的形貌相对照。实验结果表明,用透射反射扫描法不仅能反映出相衬显微镜所能观察到的损伤,而且也能发现某些显微镜所不能发现的损伤。由于透射比和反射比可以反映出薄膜对激光的传输性能,因此也能反映出薄膜能否继续工作,以此来判定损伤与否。因此用透射反射扫描法可以作为检测损伤的手段,由于简单易行,可以在线检测。避免目前损伤测试工作中繁重的人工操作。     

光学薄膜热膨胀系数的研究

光热位移偏转技术结合横向光热偏转技术可用于研究薄膜样品的热膨胀系数.本文以SiO_2、TiO_2、ZrO_2、MgF_2、ThF4等单层光学薄膜为例.报道相关的实验方法及实验结果.     

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。     

激光处理对光学薄膜和激光玻璃损伤的影响

用准分子激光和ＣＯ２激光分别对光学薄膜和掺钕磷酸盐激光玻璃进行激光预辐照处理，研究激光预辐照射对损伤阈值的影响，并对相关的机理作了分析。     

用横向光热偏转技术测量光学薄膜的微弱光吸收

用横向光热偏转技术(TPDS)测量光学薄膜的弱吸收,灵敏度达10~(-5).因为薄膜样品在调制频率较低时属热薄试样,本文基于这一原理实现了TPDS的精密定标.     

脉冲激光辐照光学薄膜的缺陷损伤模型

建立了缺陷吸收升温致薄膜激光损伤模型,该模型从热传导方程出发,考虑了缺陷内部的温度分布以及向薄膜的传导过程,通过引入散射系数简化了Mie散射理论得出的吸收截面.对电子束蒸发沉积的ZrO₂:Y₂O₃单层膜进行了激光破坏实验,薄膜样品的损伤是缺陷引起的,通过辉光放电质谱法对薄膜制备材料的纯度分析发现材料中的主要杂质元素为铂,其含量为0.9％.利用缺陷损伤模型对损伤过程进行了模拟,理论模型和实验结果取得了较好的一致性.     

初始电子密度对光学薄膜激光损伤机制的影响

光学元件的激光损伤问题是激光器件向高功率密度方向发展中必须认识和克服的问题.基于Forkker-Planck方程,研究了激光与材料相互作用时的雪崩电离机制、多光子电离机制以及联合两种机制的情况.雪崩电离的产生需要一定密度的初始自由电子存在,该自由电子可以是材料中原本就存在的,也可能是光电离产生的.着重分析了材料中的初始自由电子对材料电离机制的影响.结果表明,雪崩过程在激光作用一段时间后会达到一个稳定的电离阶段(以自由电子平均能量不随时间变化为特征,且此时雪崩电离为材料电离的主导机制),该时间与光电离速率、材料中初始自由电子密度有关.材料中的初始自由电子可以在一定程度上掩盖光电离的作用效果.     

初始电子密度对光学薄膜激光损伤机制的影响

光学元件的激光损伤问题是激光器件向高功率密度方向发展中必须认识和克服的问题.基于Forkker-Planck方程,研究了激光与材料相互作用时的雪崩电离机制、多光子电离机制以及联合两种机制的情况.雪崩电离的产生需要一定密度的初始自由电子存在,该自由电子可以是材料中原本就存在的,也可能是光电离产生的.着重分析了材料中的初始自由电子对材料电离机制的影响.结果表明,雪崩过程在激光作用一段时间后会达到一个稳定的电离阶段（以自由电子平均能量不随时间变化为特征,且此时雪崩电离为材料电离的主导机制）,该时间与光电离速率、材料中初始自由电子密度有关.材料中的初始自由电子可以在一定程度上掩盖光电离的作用效果.
关键词:初始电子;激光损伤;光电离;雪崩电离     

吸收杂质热辐射诱导光学薄膜破坏的热力机制

光学元件的破坏是限制高功率激光系统发展的主要问题,理解光学元件的破坏机制对于高功率激光系统的设计、运行参量选择以及器件技术发展有重要影响.以热辐射模型为基础研究了杂质吸收诱导光学薄膜破坏的热力过程.研究发现薄膜发生初始破坏所需时间很短,脉冲的大部分时间是引起薄膜发生更大的破坏.在考虑吸收杂质发生相变的情况下,计算了吸收杂质汽化对薄膜产生的蒸汽压力,论证了薄膜发生宏观破坏的可能性.此模型能很好地解释光学薄膜的平底坑破坏形貌.     

金属杂质粒子诱导薄膜的损伤机理研究

薄膜内的杂质粒子极易诱导薄膜损伤,研究了金属粒子诱导HfO₂薄膜损伤的特征,并基于金属粒子的热力学过程进行了分析。金属粒子对激光的强烈吸收将引起薄膜的熔化、气化以及电离,从而引起薄膜的剥离和脱落,形成圆状坑点;金属粒子对激光的吸收、热扩散以及热膨胀效应与其尺寸等密切相关;从温升规律分析,在相同激光能量辐照下,粒子大小引起的温升不同,从而形成大小不一的点坑状破坏点,且存在一个温升效应最强的粒径,最易引起薄膜的损伤;从金属粒子激光等离子体的辐射效应分析,金属粒子的辐射谱主要集中在紫外部分,辐射光子能量比入射激光光子能量强,具有更强的电离能力,从而加剧了薄膜的去除。     

激光薄膜损伤的声频判别方法

光学薄膜损伤阈值是衡量光学薄膜抗激光损伤能力的重要参数,而要实现损伤阈值的测试必须先实现薄膜损伤的判识。利用光声频谱特性研究单层氧化硅薄膜在不同激光能量下的损伤情况,简要地分析了声频法判别薄膜损伤的可行性,建立了激光致薄膜产生的声波采集系统,比较和分析薄膜损伤前后的24~40 kHz高频段曲线,提取频率特征,并提出利用曲线相似函数进行薄膜损伤的识别。实验数据结果表明,该方法简单易行,可实现在线检测,又能准确判别薄膜损伤。     

激光薄膜损伤的声频判别方法

光学薄膜损伤阈值是衡量光学薄膜抗激光损伤能力的重要参数,而要实现损伤阈值的测试必须先实现薄膜损伤的判识。利用光声频谱特性研究单层氧化硅薄膜在不同激光能量下的损伤情况,简要地分析了声频法判别薄膜损伤的可行性,建立了激光致薄膜产生的声波采集系统,比较和分析薄膜损伤前后的24~40kHz高频段曲线,提取频率特征,并提出利用曲线相似函数进行薄膜损伤的识别。实验数据结果表明,该方法简单易行,可实现在线检测,又能准确判别薄膜损伤。     

不同沉积参量下ZrO2薄膜的微结构和激光损伤阈值

ZrO2采用X射线衍射(XRD)技术分析了不同充氧条件和沉积温度对ZrO2溥膜组成结构的影响,并对不同工艺下制备的薄膜的表面粗糙度和激光损伤阈值进行了测量。结果发现随着氧压的升高,ZrO2溥膜将由单斜相多晶态逐渐转变为非晶态结构,而随着基片温度的增加,溥膜将由非晶态逐渐转变为单斜相多晶态。同时发现随着氧压升高晶粒尺寸减小,而随着沉积温度增加,晶粒尺寸增大。氧压增加时工艺对表面粗糙度有一定程度的改善,而沉积温度升高,工艺对表面粗糙度的改善不明显。晶粒尺寸大小变化与表面粗糙度变化存在对应关系。激光损伤测量表明,氧压条件和沉积温度对ZrO2薄膜的抗激光损伤能力有着较大影响。     

94MeV Xe离子辐照引起的薄膜硅光学带隙变化研究

室温下,用94MeV的Xe离子辐照纳米晶和非晶硅薄膜以及单晶硅样品,辐照量分别为1.0×1011,1.0×1012和1.0×1013ions/cm2。所有样品均在室温下用UV/VIS/NIR光谱仪进行检测分析。通过对比研究了纳米晶、非晶、单晶硅样品的光学带隙随Xe离子辐照量的变化。结果表明,不同结构的硅材料中Xe离子辐照引起的光学带隙变化规律差异显著:随着Xe离子辐照量的增加,单晶硅的光学带隙基本不变,非晶硅薄膜的光学带隙由初始的约1.78eV逐渐减小到约1.54eV,而纳米晶硅薄膜的光学带隙则由初始的约1.50eV快速增大至约1.81eV,然后再减小至约1.67eV。对硅材料结构影响辐照效应的机理进行了初步探讨。     

Laser Induced Damage in CVD Diamond Films

ＬａｓｅｒＩｎｄｕｃｅｄＤａｍａｇｅｉｎＣＶＤＤｉａｍｏｎｄＦｉｌｍｓＱＩＵＨｏｎｇＦＡＮＺｈｅｎｇｘｉｕ（ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｐ．Ｏ．...