多波长激光同时辐照下熔石英元件的损伤研究

对比研究了3ω单独辐照、3ω＋2ω和3ω＋1ω双波长同时辐照下熔石英元件的初始损伤和损伤增长规律,重点研究3ω能量密度在其阈值附近时,低能量密度的2ω和1ω对初始损伤和损伤增长的影响,分析了波长间的能量耦合效应。结果表明：双波长同时辐照下,当2ω和1ω能量密度远低于其自身阈值时,它们对初始损伤几率和损伤增长阈值的影响可以忽略,但也会参与初始损伤和损伤增长过程,会增加初始损伤程度和损伤增长系数。基于飞秒双脉冲成像的冲击波速度测量表明,3ω和1ω同时辐照下,波长间的能量耦合效应会促进激光能量向材料沉积的效率。     

杂质诱导熔石英激光的损伤机理

发展了355 nm纳秒激光下亚波长杂质粒子引起熔石英损伤的基本模型。通过Mie散射理论和热传导方程,计算了粒子与熔石英边界处的温度随粒子尺寸的变化关系,并分析了达到临界温度时,不同粒子诱导损伤所需的关键能量密度,讨论了各粒子最易引起熔石英损伤的尺寸。实验采用355 nm纳秒激光脉冲作用熔石英及其HF刻蚀样品,测得两者的损伤概率。研究表明:粒子吸收激光能量,随着粒子半径的增加,其边缘温度先增大后减小,一定尺寸范围内的粒子才会引起熔石英的损伤;关键能量密度所对应的粒子半径为最易引起熔石英损伤的关键粒子半径;经刻蚀后,熔石英样品表面杂质数密度降低,损伤概率降低,损伤阈值提高。     

熔石英相位共轭镜无损工作状态分析

基于非线性光学耦合波方程组建立了聚焦泵浦条件下熔石英玻璃材料中SBS过程的物理模型并编制了相应的数值求解程序,研究了SBS介质内激光场的时空发展特征,从而试图揭示SBS介质的内在破坏机制并寻求相应的加固措施.通过数值模拟程序研究了焦点处激光功率密度以及SBS反射率与激光能量的依赖关系,发现SBS对介质内的激光场具有"限幅"作用,即在注入能量大幅度提升的情况下,内部的激光场强度只有较小的增加,这种机制使大能量的固体介质PCM成为可能.分析激光脉宽以及耦合透镜焦距等参数对SBS过程的影响发现,精细选择系统参数,在熔石英玻璃材料中有可能无损伤地实现高效的SBS过程.     

多波长辐照下熔石英光学元件的损伤及损伤增长

对比研究了基频、二倍频和三倍频激光单独和同时辐照下熔石英光学元件的初始损伤和损伤增长规律, 重点研究了基频和二倍频的加入对三倍频诱导初始损伤和损伤增长的影响, 分析了基频和二倍频相对于三倍频的折算因子。研究结果表明: 当基频和二倍频能量密度较低时, 它们对三倍频损伤几率曲线的影响可以忽略, 但会引起损伤程度的增加; 在多波长同时辐照的损伤增长中, 损伤增长阈值主要取决于三倍频的能量密度, 而损伤增长系数与总的能量密度有关; 折算因子可以同时反映初始损伤和损伤增长的波长效应和波长间的能量耦合效应。     

355 nm皮秒激光辐照下熔石英的损伤特性

利用光学元件激光损伤测试平台,测试了355 nm皮秒激光辐照下熔石英光学元件的初始损伤及损伤增长情况,并通过荧光检测分析了损伤区缺陷。研究结果表明：皮秒激光较高的峰值功率导致熔石英损伤阈值较低,前表面损伤阈值为3.98 J/cm2,后表面损伤阈值为2.91 J/cm2;前后表面损伤形貌存在较大差异,后表面比前表面损伤程度轻且伴随体内丝状损伤;随脉冲数的增加后表面损伤直径增长缓慢,损伤深度呈线性增长;皮秒激光的动态自聚焦和自散焦导致熔石英体内损伤存在细丝和炸裂点重复的现象;与纳秒激光损伤相比,损伤区缺陷发生明显改变。     

355 nm皮秒激光辐照下熔石英的损伤特性

利用光学元件激光损伤测试平台,测试了355 nm皮秒激光辐照下熔石英光学元件的初始损伤及损伤增长情况,并通过荧光检测分析了损伤区缺陷。研究结果表明:皮秒激光较高的峰值功率导致熔石英损伤阈值较低,前表面损伤阈值为3.98 J/cm2,后表面损伤阈值为2.91 J/cm2;前后表面损伤形貌存在较大差异,后表面比前表面损伤程度轻且伴随体内丝状损伤;随脉冲数的增加后表面损伤直径增长缓慢,损伤深度呈线性增长;皮秒激光的动态自聚焦和自散焦导致熔石英体内损伤存在细丝和炸裂点重复的现象;与纳秒激光损伤相比,损伤区缺陷发生明显改变。     

纳秒激光诱导熔石英光学玻璃的损伤增长

利用Nd:YAG激光器研究了纳秒激光诱导熔石英光学玻璃的初始损伤及损伤增长,对比研究了损伤程度和损伤形貌随激光波长、能量密度、脉冲数及位置的变化规律,并对损伤机制进行了分析和讨论。研究结果表明：初始损伤受损伤先驱的物理化学性质和激光参数的影响,而损伤增长规律与初始损伤程度、激光参数和位置有关;后表面的损伤随脉冲数的增加呈指数关系增长,前表面则呈线性关系;裂纹的产生及其在后续脉冲辐照下的发展是后表面损伤增长的主要原因,高温等离子体表面刻蚀是前表面损伤增长的主要原因     

纳秒激光诱导熔石英光学玻璃的损伤增长

利用Nd:YAG激光器研究了纳秒激光诱导熔石英光学玻璃的初始损伤及损伤增长,对比研究了损伤程度和损伤形貌随激光波长、能量密度、脉冲数及位置的变化规律,并对损伤机制进行了分析和讨论。研究结果表明:初始损伤受损伤先驱的物理化学性质和激光参数的影响,而损伤增长规律与初始损伤程度、激光参数和位置有关;后表面的损伤随脉冲数的增加呈指数关系增长,前表面则呈线性关系;裂纹的产生及其在后续脉冲辐照下的发展是后表面损伤增长的主要原因,高温等离子体表面刻蚀是前表面损伤增长的主要原因     

熔石英元件HF刻蚀的实验研究

为深入了解熔石英元件化学刻蚀过程,研究了HF刻蚀反应机理、HF刻蚀工艺参数以及刻蚀对表面质量的影响规律。通过控制变量法,获得刻蚀速率随HF浓度、刻蚀温度以及NH4F浓度的变化规律。对刻蚀不同深度后的元件表面粗糙度、形貌、杂质含量以及激光损伤阈值进行了检测,实验结果表明：刻蚀速率受多种因素共同影响,其中HF浓度的促进作用最为显著;刻蚀后的熔石英表面形貌复杂,有横向、纵向、拖尾等形式的划痕,以及坑点、杂质等缺陷,其中横向划痕和纵向划痕占据了缺陷部分的主体,主要杂质铈元素随刻蚀时间的增长不断减少;激光损伤阈值测量实验表明,通过HF刻蚀将元件损伤阈值提高了59.6%。     

高压下石英的激光拉曼光谱研究

在高压实验中,石英的相变被广泛作为实验仪器压力校正的标准,而在压力较低的情况下,石英通常还被用作压力指示剂,用来指示金刚石压腔中的压力.Christian等曾经论述了石英的拉曼特征峰的漂移小于20 cm-1时,其漂移量与压力的关系式.为了扩大关系式的适用范围,笔者利用金刚石压腔,以目前广泛使用的压力指示剂—红宝石作为压...     

酸蚀深度对熔石英三倍频激光损伤阈值的影响

 采用干涉仪和台阶仪测试蚀刻深度随时间的变化,结合材料去除速率测量,研究了HF酸蚀液对熔石英表面蚀刻的影响。测试了蚀刻后损伤阈值和表面粗糙度的变化。研究表明,熔石英表面重沉积层厚度约16 nm,亚表面缺陷层大于106 nm;重沉积层去除后损伤阈值增大,随亚表面缺陷层暴露其阈值先降低后又增加,最后趋于稳定;然而,随蚀刻时间的增加,其表面粗糙度增大。分析表明,蚀刻到200 nm能有效地提高熔石英的低损伤阈值,有利于降低初始损伤点数量和提高熔石英表面的机械强度。     

碲酸盐玻璃的拉曼光谱研究

本文测试了TeO2-ZnO和TeO2-BaO两种二元系统不同金属氧化物浓度下玻璃的拉曼光谱,通过比较这两种碲酸盐玻璃系统拉曼光谱的异同,表明碲酸盐玻璃系统中随着金属氧化物浓度的增加,使玻璃网络中的TeO4双三角锥向TeO3三角棱锥转化,并且在TeO2-BaO二元玻璃中出现了非桥氧键。同时初步研究了TeO2-ZnO-Na2O三元玻璃的拉曼光谱,发现当TeO2-ZnO二元玻璃中加入5mol%的Na2O时,其结构并没有发生显著的变化。     

GdBa_2Cu_(3-x)Fe_xO_(7-δ)超导体系结构相变及拉曼谱特征

采用固态反应法制备了GdBa2Cu3-xFexO7-δ(x=0.00-0.30)系列样品,利用X射线衍射、拉曼光谱以及电测量技术对体系的晶体结构、拉曼散射谱特征以及电输运特性进行了系统研究。结果表明,当Fe掺杂量在x=0.05-0.10区间时,体系的晶体结构发生了从正交相到四方相的转变。通过对拉曼光谱中典型振动模的指认及振动模随Fe掺杂量的变化规律,得到了拉曼谱随体系正交-四方结构相变的变化特征:对于具有正交相的x=0.00-0.05样品,拉曼谱具有五个与正交相结构相对应的特征峰;而对于具有四方相的x=0.10-0.30样品,随Fe掺杂量增加,振动模强度变弱,且典型振动模发生了不同程度的展宽或频移。电输运测量表明,随Fe掺杂量的增加,超导临界温度Tc降低,正常态电阻率增加且发生了金属-半导体相变。     

环境气氛压强对熔石英紫外激光损伤阈值的影响

 利用1∶1, S∶1, R∶1方法,测试了不同真空度（10-3～105 Pa）和不同气氛（空气、氮气、氧气）环境下熔石英351 nm激光损伤阈值,测试结果表明,用1∶1, S∶1方法测试得到的阈值在不同气氛压强下几乎相等;R∶1损伤阈值受气压的影响较大,在小于等于10³ Pa气压下,较105 Pa气压的阈值降低28%～41%;但R∶1损伤阈值同气氛的关系不大,在同气压下差别小于10%,在测量值误差范围内。利用50%破坏几率对应的损伤阈值Fth（R∶1）一半的激光能量密度辐照样品,考察其抗多脉冲辐照的能力,分析表明,在同样的能量密度辐照下,10³ Pa空气及氮气环境和105 Pa氮气环境下同样具有高的寿命;而10^-3 Pa高真空环境下其寿命较短,在10^-1 Pa低真空环境下其寿命最短。     

Structure and phase transitions in Cu2P2O7

X-ray diffraction studies of the temperature variation of the Cu₂P₂O₇ crystal structure were performed in the vicinity of the transition from the α-phase (C2/c space group) to the β-phase (C2/m space group). These results as well as those of Raman spectroscopy studies and temperature variation of the electric capacitance point to the existence of an intermediate phase in the temperature range 347–363?K.     

弛豫型铁电单晶0.67Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.33PbTiO_3的拉曼散射研究

本文采用拉曼散射技术在温度从374到-196℃的范围内,研究了弛豫型铁电单晶0.67Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.33PbTiO3(PMNT)。观察了在不同温度下拉曼光谱的变化,经分析这些变化反映了该晶体经历了两个相变:第一个相变温度发生在120℃,从顺电立方相到铁电四方相的相变,780 cm-1处模式在VH偏振下的改变标志了这一相变;第二个相变温度发生在34℃,是从铁电四方相到铁电三方相的相变,软模的出现代表了这一相变。     

镁对方解石相变压力和拉曼光谱影响的实验研究

为研究镁对方解石在高压条件下的相变行为和拉曼振动光谱的影响,探索碳酸盐在地球深部的存在形式和物理化学性质,结合金刚石压腔和激光拉曼光谱,对具有不同镁含量的方解石开展高压实验研究。实验选取天然无色透明冰洲石、淡黄色半透明方解石脉和白色大理石作为研究对象,利用ICP-AES测定冰洲石和方解石脉的成分为CaCO₃;大理石中Mg/(Mg+Ca)摩尔比为0.03,其成分可简化为(Mg_0.03Ca_0.97)CO₃。每种方解石样品挑选两粒大小约为50~100×50×20 μm的颗粒放入金刚石压腔,并在不同压力下进行相变过程观察和激光拉曼光谱测量。实验结果显示,常压下冰洲石和方解石脉样品的T₁,T₂,ν₄和ν₁拉曼振动频率分别为156.82,283.55,713.86和1 088.19 cm-1,大理石样品的拉曼振动频率为158.15,284.76,715.07和1 089.20 cm-1,表明方解石中含有3 mol%的MgCO₃时会造成方解石的拉曼振动频率整体升高1 cm-1以上。但是该变化幅度在不同压力下没有显著差别,表明镁对方解石的拉曼振动频率随压力的变化速率(∂ν/∂p)没有明显影响。冰洲石和方解石脉样品在1.5 GPa压力附近转变为方解石-Ⅱ,并在2.0 GPa进一步变为方解石-Ⅲ或Ⅲb;相比之下含有3 mol%的MgCO₃的大理石则是在2.4和3.7 GPa时才转变为方解石-Ⅱ和方解石-Ⅲ。假设镁对方解石相变压力的影响是线性的,即方解石向方解石-Ⅱ和方解石-Ⅲ/Ⅲb的相变压力随MgCO₃含量的增加以0.30和0.57 GPa·mol%-1的速率升高,当MgCO₃含量达到50 mol%时,方解石向方解石-Ⅱ和方解石-Ⅲ/Ⅲb的相变压力将分别为16.5和30.5 GPa,这与白云石向白云石-Ⅱ和白云石-Ⅲ的相变压力吻合。结合前人关于方解石中MnCO₃含量对矿物相变压力和拉曼光谱影响的研究结果,发现当方解石中部分Ca2+被具有不同半径和质量的离子(如Mg2+,Mn2+等)替代以后,阳离子与CO2-₃之间以及CO2-₃内部C-O化学键长度和强度都会发生改变,从而引起矿物结构稳定性以及拉曼振动频率的明显变化;并且两种阳离子之间半径差别越大,该影响效果越明显。因此,在研究高温高压条件下方解石的相变行为和拉曼光谱时,矿物中Mg和Mn等杂质元素对矿物结构稳定性和拉曼振动频率的影响是必须考虑的关键因素之一。     

Study of the microstructural transformations of borate glass and barium metaborate crystals induced by femtosecond laser

This paper describes the microstructural transformations of borate glass and barium metaborate crystals induced by femtosecond laser. Such structural transformations were verified by Raman spectroscopy. The borate glass is transformed into low temperature (LT) phase of barium metaborate (BaB_2O_4) crystals after being irradiated for 10 min by a femtosecond laser. In addition, after 20 min of irradiation, high temperature (HT) phase of BaB_2O_4 crystals is also produced. Further studies demonstrate that LT phase BaB_2O_4 crystals are formed in the HT phase BaB_2O_4 crystals after femtosecond laser irradiation for 10 s.     

利用拉曼光谱对短链烷烃的相变过程及旋转相的研究

利用激光拉曼光谱研究了二十六烷的凝结相变过程。在冷却过程中,二十六烷经历了从液相→旋转相→固态单斜晶相的相变过程。主要研究了烷烃分子碳链上CH₂弯曲振动、CH₂剪式振动、C—C伸展振动和CH₃平面摇摆等振动模式的变化过程,包括这些模的频率、半宽和强度变化等,研究在相变过程中不同振动模式的的演变顺序和过程,反映各种振动模式与分子结构的相关性,并了解反式构象和歪曲构象在相变过程中的变化,从而更深入的理解烷烃等非晶体物质的相变过程。此外,通过分析800～1 500 cm-1波段各个拉曼波峰在降温过程中的变化过程,得到了二十六烷的旋转相的温度区间,证明可以利用拉曼光谱来观察烷烃相变过程中出现的旋转相。     

钛钡硼硅酸盐玻璃结构激光拉曼光谱研究

用激光拉曼光谱系统研究了含钛钡硼硅酸盐玻璃的结构。结果表明ＴｉＯ２含量较低时Ｔｉ４＋主要处于［ＴｉＯ４］中。当ＴｉＯ２摩尔含量约为２０％时，有少量［ＴｉＯ６］形成。当玻璃中Ｔｉ４＋和Ｂ３＋共存时，Ｂ２Ｏ３含量的变化不会改变Ｔｉ４＋的结构状态。但ＴｉＯ２的存在将促进部分Ｂ３＋由［ＢＯ４］转化成［ＢＯ３］，并将这一现象称为“钛硼结构效应”