ns脉冲激光对K9玻璃的破坏实验

采用高速PIN光电探测器和高带宽的数字存储示波器,实时检测透射光脉冲和散射光脉冲的变化特征,并将之用作材料破坏的光学判据,测量得到K9玻璃在1.06μm纳秒脉冲激光作用下的能量损伤阈值约18mJ,相应的能量密度阈值为1.0kJ/cm2。通过分析透射光脉冲和散射光脉冲的特征,给出了材料的破坏时刻,并推断出K9玻璃所能承受的极限光强为1015W/m2。研究了能量透过率与泵浦能量的关系,并初步探讨了透明材料的破坏机理。结果表明：在多纵模激光的作用下,透明光学材料破坏是电离击穿与自聚焦效应综合作用的结果。     

ns脉冲激光对K9玻璃的破坏实验

 采用高速PIN光电探测器和高带宽的数字存储示波器，实时检测透射光脉冲和散射光脉冲的变化特征，并将之用作材料破坏的光学判据，测量得到K9玻璃在1.06μm纳秒脉冲激光作用下的能量损伤阈值约18mJ，相应的能量密度阈值为1.0kJ/cm²。通过分析透射光脉冲和散射光脉冲的特征，给出了材料的破坏时刻，并推断出K9玻璃所能承受的极限光强为10¹⁵W/m²。研究了能量透过率与泵浦能量的关系，并初步探讨了透明材料的破坏机理。结果表明：在多纵模激光的作用下，透明光学材料破坏是电离击穿与自聚焦效应综合作用的结果。     

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。     

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。     

脉冲CO2激光辐照K9玻璃的热力效应分析

利用有限元法对脉冲CO2激光辐照K9玻璃样品中的温度和应力分布进行了数值分析。对半径为20mm、厚为2mm的圆盘样品的计算结果表明,K9玻璃的损伤由环向应力控制,体损伤先于面损伤产生,且光斑半径和脉冲数目对损伤闽值有较大的影响,在激光光斑半径为5mm,脉宽为10肛s的条件下K9玻璃的单脉冲CO2激光的损伤闽值为0．5J,相应的能量密度为0．637 J／cm^2。损伤闽值随光斑半径的增大而增大,随脉冲数目的增加而变小。讨论了样品半径和厚度对损伤结果的影响,结果表明样品半径在10-20mm范围内所产生的拉伸应力较小。     

纳秒强激光诱导K9玻璃表面损伤实验

使用脉宽约10 ns的Nd:YAG激光器,研究低加工缺陷条件下K9光学玻璃在单激光脉冲作用下的损伤形貌。利用软边光阑加长程衍射的方法实现光斑整形,利用微分干涉光学显微镜和扫描电镜对样品前后表面的损伤形貌进行观察和成像,对比研究了K9光学玻璃前后表面的损伤形貌,分析了损伤机制。研究结果显示：在红外纳秒激光辐照下,加工缺陷是K9光学玻璃产生初始损伤的主要诱因;前表面的损伤主要表现为微坑及高温等离子体产生的冲蚀变色和表面微裂纹;后表面出现了均匀的亚波长周期性光栅结构,这种周期性结构是后表面损伤增长的主要诱因。     

纳秒强激光诱导K9玻璃表面损伤实验

 使用脉宽约10 ns的Nd:YAG激光器,研究低加工缺陷条件下K9光学玻璃在单激光脉冲作用下的损伤形貌。利用软边光阑加长程衍射的方法实现光斑整形,利用微分干涉光学显微镜和扫描电镜对样品前后表面的损伤形貌进行观察和成像,对比研究了K9光学玻璃前后表面的损伤形貌,分析了损伤机制。研究结果显示：在红外纳秒激光辐照下,加工缺陷是K9光学玻璃产生初始损伤的主要诱因;前表面的损伤主要表现为微坑及高温等离子体产生的冲蚀变色和表面微裂纹;后表面出现了均匀的亚波长周期性光栅结构,这种周期性结构是后表面损伤增长的主要诱因。     

K9玻璃在脉冲CO_2激光作用下的热应力分析

根据已建立的理论模型,计算得到了K9玻璃受脉冲CO_2激光辐照时产生的热应力分布,研究了热应力的时间特征,在分析样品尺寸对损伤结果影响的基础上,提出了K9玻璃抗激光损伤的最佳半径。结果表明:K9玻璃产生的热应力损伤主要由环向应力控制,热应力以热冲击波的形式在样品内传播,大小随时间变化而来回振荡,且激光脉冲结束后比激光作用时间内产生的热应力要大。这说明若样品在激光加热期间产生的热应力不足以造成材料破坏,则有可能会在其后的冷却过程中产生更大的热应力,材料将会在冷却过程中发生破裂。根据样品参数对损伤结果的影响,进一步验证了K9玻璃抗激光损伤最佳半径的通用性。     

多脉冲激光辐照下介质损伤理论研究

针对纳秒脉冲和飞秒脉冲不同的损伤机制,分别建立了两种多脉冲激光损伤模型。脉宽小于10 ps时,损伤是由于等离子体形成造成介质发生烧蚀所致,对此建立了基于电子密度演化方程的介质击穿模型;脉宽大于100 ps时,损伤是由于热沉积造成介质发生熔融所致,对此建立了基于傅里叶热传导方程的介质热损伤模型。通过计算两种模型下激光参数和材料参数对多脉冲损伤的影响,发现由于损伤机理不同,不同参数对单脉冲损伤阈值和多脉冲损伤阈值的影响趋势不完全一致,敏感程度也不同。通过计算得到了与实验结果一致的多脉冲损伤阈值与脉冲数间关系,使定量预估多脉冲损伤阈值和元件使用寿命成为可能。     

纳秒脉冲激光诱导的区域缺陷破坏模型

完善了由缺陷吸收引起温升导致材料破坏的激光损伤模型.从热传导方程人手,该模型在单杂质缺陷模型基础上,利用米氏散射理论计算杂质缺陷的吸收截面,根据材料基质和杂质缺陷的热物性能参数,计算了杂质相互之间的有效作用距离,即材料的热扩散长度范围.结果表明,考虑周围杂质的影响,基质材料损伤阈值更接近实际情况,同时基质表面的损伤阈值...     

基于硅微加工技术的新型变形反射镜

给出了一种基于硅微加工技术的新型变形反射镜的设计和加工方法。变形反射镜镜面主体是由一定厚度的硅膜构成,硅膜上表面溅射有一层Ti/Au,背面有一7×7阵列的台柱与之相连,台柱下方是对应的驱动电极。当给电极施加电压时,产生的静电力就会拉动台柱向下运动,从而使相应的镜面部分发生变形;通过控制通电电极的位置及电压,就可获得特定的镜面形状。在变形反射镜的加工工序中采用浅腐蚀形成键合台,采用深腐蚀加工出台柱。并采用条补偿图形对台柱的凸角进行补偿,在0.2MPa气压下进行键合,最后成功研制出有效反射面积为30mm×30mm,拥有49个静电驱动单元的变形反射镜。     

分布式电极连续面型微变形反射镜力电耦合特性分析

 针对基于MEMS技术制造的连续面型薄膜微变形反射镜,从薄膜理论出发对其力电耦合变形特性进行理论分析,导出了镜面变形表达式。利用该式及响应频率表达式,定量分析了镜面相关尺寸参数对变形量的关系,为变形镜的结构设计提供了可靠的理论依据。结果表明,当镜面厚度为1 μm且与驱动电极间距20 μm时,对控制电压不超过120 V,响应频率大于50 kHz的应用场合,变形镜镜面半径应在2.1～13.8 mm之间进行选择。仿真结果显示,驱动电压较小时,镜面变形与驱动电压平方近似成线性关系。     

分布式电极连续面型微变形反射镜力电耦合特性分析

针对基于MEMS技术制造的连续面型薄膜微变形反射镜,从薄膜理论出发对其力电耦合变形特性进行理论分析,导出了镜面变形表达式。利用该式及响应频率表达式,定量分析了镜面相关尺寸参数对变形量的关系,为变形镜的结构设计提供了可靠的理论依据。结果表明,当镜面厚度为1 μm且与驱动电极间距20 μm时,对控制电压不超过120 V,响应频率大于50 kHz的应用场合,变形镜镜面半径应在2.1～13.8 mm之间进行选择。仿真结果显示,驱动电压较小时,镜面变形与驱动电压平方近似成线性关系。     

Theoretical analysis of imaging properties of a pressure-actuated deformable mirror for adaptive compensation of rotationally symmetrical wavefronts

Our work presents a theoretical analysis of aberration properties of a simple single-channel deformable mirror from both the aspect of modeling the shape of the mirror reflecting surface and the mechanisms of wave-front correction using such mirror. The proposed mirror can be used for a compensation of rotationally symmetrical wavefronts, e.g. focusing of optical beams, adaptive change of resonator parameters in laser technology, phase shifting, etc. The detailed analysis of possibilities of wave-front correction was performed.     

微加工薄膜变形镜本征模分析

 介绍了变形镜本征模的构造过程及其特点,分析了从荷兰OKO公司购买的37单元微加工薄膜变形镜的本征模,并用前65阶Zernike多项式分析微加工薄膜变形镜的37阶本征模的特性。搭建了以微加工薄膜变形镜作为波前校正器、变形镜本征模为波前复原控制算法以及高分辨率Shack-Hartmann波前传感器为波前探测器的自适应光学实验系统。实验结果表明：变形镜本征模可以实现模式筛选,也可作为自适应光学系统的波前复原算法。     

微变形镜内腔补偿激光模式畸变研究

 采用Fox-Li迭代方法,对畸变相差以Zernike多项式展开,计算了不同菲涅耳数的谐振腔在畸变发生时的低阶输出模式,分析了激光器谐振腔内畸变对激光输出模式的影响。对微变形镜的面形以Zernike多项式进行拟合,计算了中心电极的影响函数,并建立了微变形镜控制模型。实验上将微变形镜作为激光器的一个腔镜,验证了微变形镜对激光输出模式的补偿作用。结果表明,内腔微变形镜对激光输出模式具有校正作用,激光基本上可以达到基模输出。     

变形镜波前补偿能力的空间频域分析

 利用滤波器原理从空间频域分析了连续镜面分立驱动变形镜对波前的补偿能力。将变形镜等效为一高通滤波器,通过数值计算分析了滤波器函数与驱动器密度、高斯指数、交连值等变形镜主要参数的关系,解释了参数变化对波前拟合能力的影响。结果表明：驱动器密度是波前补偿能力的决定因素,增大高斯指数和交连值一定程度上有利于低空间频率波前的补偿。应用中应该根据待补偿波前的特征正确地选择和调整变形镜参数。     

四程放大系统腔镜位置变形镜的面形解

 根据在大型高功率固体激光装置中自适应光学技术的应用研究，将变形镜置于腔镜位置，有利于提高自适应光学系统的校正动态范围。基于变口径90°翻转四程放大系统的光路特点，从理论上比较完整地解决了四程放大系统腔镜位置变形镜面形解的存在性问题，并对口径变换比值(缩束比)与面形求解之间的关系问题进行了数值模拟，结果表明:只要缩束比小于1，对应系统连续波前畸变的腔镜位置面形解是存在的，且随着缩束比减小，解的收敛性增强。     

静电排斥型微机电系统变形镜驱动器

为了克服常规静电微机械驱动器所存在的静电吸合现象,基于非均匀分布的静电场可以产生排斥力的原理,设计了一种新型的微机电系统变形镜驱动器。驱动器由5组电极构成,最大的一组由中心质量块和位于正下方的下电极组成,其它4组分别位于各条边上。中心质量块由4根L形弹簧支撑,每根弹簧分别固定于驱动器的4个锚点。利用有限元软件对驱动器的频率响应和暂态响应特性进行了仿真,结果表明,谐振频率高达4kHz,暂态响应时间小于0.05s。利用表面硅工艺加工出了驱动器,并利用白光扫描干涉仪对驱动器的静态位移电压特性进行了测试,测得驱动器在70V激励电压下的形变量为1.4μm。     

静电排斥型微机电系统变形镜驱动器

为了克服常规静电微机械驱动器所存在的静电吸合现象,基于非均匀分布的静电场可以产生排斥力的原理,设计了一种新型的微机电系统变形镜驱动器。驱动器由5组电极构成,最大的一组由中心质量块和位于正下方的下电极组成,其它4组分别位于各条边上。中心质量块由4根L形弹簧支撑,每根弹簧分别固定于驱动器的4个锚点。利用有限元软件对驱动器的频率响应和暂态响应特性进行了仿真,结果表明,谐振频率高达4 kHz,暂态响应时间小于0.05 s。利用表面硅工艺加工出了驱动器,并利用白光扫描干涉仪对驱动器的静态位移电压特性进行了测试,测得驱动器在70 V激励电压下的形变量为1.4 μm。