激光光斑及束腰光斑尺寸的测量研究

激光光斑尺寸和激光束腰光斑尺寸是徇激光器性能的重要参数。本文探讨用CCD作为探测传感器精确地测出激光光斑尺寸和束腰光斑尺寸，克服了传统测量的繁杂过程^[1]，并用计算机进行控制及数据处理，大大提高了测量精度和效率，为激光器性能研究和光信息处理提供了一种新的方法。     

连续激光辐照下光学材料损伤阈值的光斑效应

实验发现，光学材料的激光损伤阈值对激光光斑大小有强烈的依赖关系。研究了连续激光和匀质材料相互作用的机制，针对小光斑情形的材料响应和大光斑情形的结构响应分别提出各自不同的物理模型来解释光斑效应。研究表明，材料响应中的光斑效应基于热传导引起的光斑区热弥散，边界条件不同，破坏阈值与光斑大小的依赖关系也不尽相同。     

旋转式激光光斑测试仪

 通过旋转系统的设计，成功研制出大单元数的阵列光斑测量仪。本文给出了研制的设计思想，实现方法及实验测量结果。     

旋转式激光光斑测试仪

通过旋转系统的设计,成功研制出大单元数的阵列光斑测量仪。本文给出了研制的设计思想,实现方法及实验测量结果。     

中等口径光斑激光预处理

介绍了一种基于中等口径光斑的新型激光预处理技术。采用基频最大输出10 J的Nd:YAG调Q激光器,获得了直径5 mm、能量密度满足预处理需求的中等口径光斑。较之于小光斑处理方案,采用中等光斑进行扫描,可以显著压缩大口径光学元件的预处理总耗时。为了验证效果,搭建了实验平台,在陪镀片上开展了光斑扫描与损伤阈值测量实验,设计了合理的中等光斑预处理流程,并对阈值提升效果进行了验证。在此基础上,开展了正式元件的预处理实验,采用大行程二维电动位移台,对430 mm430 mm口径的金属铪蒸发工艺高反膜元件进行了夹持和扫描。实验结果表明,经处理后的高反薄膜元件初步达到了27 J/cm2的阈值水平,证明了该技术对薄膜抗损伤能力的提升效果。     

光纤扫描式激光光斑测量仪

 设计并开发了光纤扫描式激光光斑测量仪。光纤探头采用逐行扫描的方式对激光光斑进行扫描,采集的光信号经能量转换、数据采集,最终传输到电脑,再由软件绘制出光斑图像。针对于大口径、脉冲激光光斑的测量提出了一种快速扫描的方案,并在此基础上计算分析了仪器的测量精度和测量时间这两个重要参数。与CCD摄像法进行了对比实验研究,结果表明：相对于CCD摄像法会受到接收屏的散射及成像系统误差带来的影响;此设备采用直接测量的手段,能够更加准确地获得光斑的实际尺寸以及光斑能量的空间分布。应用该仪器成功地进行了聚焦光束传输质量的测量。     

光学薄膜的小光斑扫描激光预处理研究

激光预处理是一种提高光学薄膜破坏阈值的新技术。采用小光斑扫描并逐步提高预处理能量的方法,对不同类型的薄膜进行了激光预处理。实验结果发现,除了ＨｆＯ２／ＭｇＦ２多导反射膜外,其它样品的０几率破坏阈值Ｆ０％、发生破坏的最低能量密度值ＦＤｍｉｎ１、不发生破坏的最高能量密度值ＦＮＤｍａｘ以及５０％几率损伤阈值Ｆ５０％都有不同程度的提高。这说明,激光预不仅可以清除薄膜听杂质和缺陷,而且可以改进薄膜的整体性能     

光斑尺寸对光学薄膜元件温升的影响

 实验测量了波长1 064 nm, 10 kHz高重复频率激光辐照下在白宝石、石英玻璃、K9基片上制备的Ta₂O₅/SiO₂高反膜的温度变化,有限元分析的结果与实验结果相一致。用ANSYS程序计算了不同光斑直径、相同功率激光和相同功率密度激光辐照下薄膜元件温升的变化。结果表明：相同功率激光辐照光学薄膜元件时,光斑大小只影响激光辐照点的温升,对基板温升没有影响。基板温升只与激光功率有关,激光功率越大,基板温升越大。相同功率密度激光辐照光学薄膜元件时,光斑越大,激光辐照点温度及基板温度均越高。从激光损伤的热效应考虑,小光斑激光辐照时,光学薄膜的激光损伤阈值较高。     

探测器点阵法测量激光光斑参数的仿真

 仿真分析了用均匀分布的探测器点阵测量激光光斑方法中,探测器灵敏度的线性工作动态范围,灵敏度的一致性差异,点阵间距等参数和光斑质心位置的测量误差,光束总能量的测量误差,以及光斑的分布等。仿真结果表明,当探测器灵敏度的一致性差异小于10％,线性工作范围的动态范围大于30dB,点阵间距小于光斑直径的1/5时,光束总能量的误差小于6％,光斑质心位置的测量误差小于光斑直径的2％,拟合的光斑分布和实际光斑分布比较接近。     

探测器点阵法测量激光光斑参数的仿真

仿真分析了用均匀分布的探测器点阵测量激光光斑方法中,探测器灵敏度的线性工作动态范围,灵敏度的一致性差异,点阵间距等参数和光斑质心位置的测量误差,光束总能量的测量误差,以及光斑的分布等。仿真结果表明,当探测器灵敏度的一致性差异小于10％,线性工作范围的动态范围大于30dB,点阵间距小于光斑直径的1/5时,光束总能量的误差小于6％,光斑质心位置的测量误差小于光斑直径的2％,拟合的光斑分布和实际光斑分布比较接近。     

YbF3沉积速率对红外激光薄膜表面缺陷的影响

 在介绍了薄膜缺陷的特点及成因的基础上，分析了YbF₃沉积速率对红外激光薄膜表面缺陷密度的影响，得出了镀制激光薄膜所需的合适速率。结果表明：薄膜表面缺陷主要以节瘤缺陷与陷穴缺陷为主，其缺陷密度随YbF₃沉积速率的减小基本表现为减小的趋势，当ZnS沉积速率约为0.2 nm/s，YbF₃沉积速率约为0.4 nm/s时，可得到比较满意的激光薄膜，薄膜表面缺陷密度仅为0.000 675。     

Precise measurement of the micron-scale spot of ultrashort laser pulse based on film scanning

A novel and precise micron-scale nanosecond laser spot measurement based on film-scanning method is presented. The method can be used to measure the spot size, beam profile, and intensity distribution of the pulse.     

熔石英表面铜膜污染物诱导损伤实验研究

 在熔石英元件表面溅射一层厚度小于10 nm的金属铜膜污染物,并测试元件的透过率。测试355 nm熔石英元件的激光损伤阈值,并用光学显微镜观测损伤形态。实验结果表明：污染后的熔石英元件的损伤阈值降低20%左右,元件表面的金属污染物薄膜经强激光辐照,在熔石英表面形成很多坑状微损伤,分布不均的热应力导致表面起伏,并有明显的烧蚀现象,导致基底损伤阈值下降。建立的光吸收和热沉积传输模型初步解释污染物膜层导致熔石英元件损伤的机理。     

超声清洗与激光预处理对减反膜阈值的影响

 研究了超声清洗和激光预处理两种后处理手段对减反膜的损伤特性的影响。采用电子束蒸发技术制备了1 064 nm减反膜,利用超声清洗及激光预处理的方法分别对样品进行处理,并对处理前后的样品分别进行激光损伤阈值测试及破斑深度测量。结果表明：处理后减反膜的损伤阈值均有所提升,但激光预处理的阈值增强效果更加明显;超声清洗前后的破斑深度没有大的变化,而激光预处理后的破斑深度比处理前浅得多;原因在于超声清洗只能去除表面杂质,激光预处理可减少和抑制膜层内较深处的缺陷。     

单发大口径光束下介质膜损伤阈值测试

针对传统的激光诱导损伤阈值测试中存在的耗时问题,提出了一种利用单发次、大口径光束的介质膜损伤阈值的快速测定方法。该方法以图像处理为基础,通过坐标变换和栅格压缩,建立了样品辐照区域内损伤分布与光斑强度分布之间的精确对应关系。基于对大口径光斑辐照区域内损伤信息的快速提取和统计方法,通过单次激光辐照,获取了待测区域的损伤阈值。根据此方法搭建了单发大口径光束损伤阈值测试平台,并对HfO2/SiO2高反射膜损伤阈值进行了单发次测定的验证。     

Calculation of distribution of effective reflection area for space-borne laser retro-reflector array

~~Calculation of distribution of effective reflection area for space-borne laser retro-reflector array~~     

Theoretical and experimental research on spectral performance and laser induced damage of Brewster's thin film polarizers

Polarizers respectively with broad polarizing region bandwidth, large layer thickness error tolerance and high extinction ratio are designed and prepared. Transmittance spectra of the prepared samples are measured at Brewster's angle, and the results show that different requirements can be fulfilled by optimized designs. Spectral performance of designs with higher layer thickness error tolerance coincides better with the theoretical spectra. Laser induced damage threshold of the prepared samples are evaluated. Electric field distribution, defect, film absorption, and damage morphology are investigated, and the results indicate that electric field distribution in high index layers is the main reason that causes the difference of laser induced damage threshold. For both p polarized and s polarized light, the lower the electric field peak value and the farther the layer, which has the strongest electric field away from air, the higher the laser induced damage threshold.     

Mechanism of micro-waviness induced KH2PO4 crystal laser damage and the corresponding vibration source

The low laser induced damage threshold of the KH₂PO₄ crystal seriously restricts the output power of inertial confinement fusion. The micro-waviness on the KH₂PO₄ surface processed by single point diamond turning has a significant influence on the damage threshold. In this paper, the influence of micro-waviness on the damage threshold of the KH₂PO₄ crystal and the chief sources introducing the micro-waviness are analysed based on the combination of the Fourier modal theory and the power spectrum density method. Research results indicate that among the sub-wavinesses with different characteristic spatial frequencies there exists the most dangerous frequency which greatly reduces the damage threshold, although it may not occupy the largest proportion in the original surface. The experimental damage threshold is basically consistent with the theoretical calculation. For the processing parameters used, the leading frequency of micro-waviness which causes the damage threshold to decrease is between 350^-1 μ^-1 and 30^-1 μ^-1, especially between 90^-1 μ^-1 and 200^-1 μ^-1. Based on the classification study of the time frequencies of micro-waviness, we find that the axial vibration of the spindle is the chief source introducing the micro-waviness, nearly all the leading frequencies are related to the practical spindle frequency (about 6.68 Hz, 400 r/min) and a special middle frequency (between 1.029 Hz and 1.143 Hz).     

一种用于Yb:YAG激光器的波长分离膜的研制

以1 030 nm高反,940,980 nm高透的波长分离膜作为实例,为提高该薄膜元件的波长分离效果,从膜系的优化方面做了一系列的研究,诸如采用带通滤光片的设计思想,在膜堆两侧加入了匹配层,调整膜堆的周期厚度,并用膜系设计软件对通带作进一步的优化.通过这一系列的优化设计后,利用RF双离子束溅射工艺在BK7玻璃基底上沉积样品薄膜,并在基底背面加镀通带增透膜.结果显示,透射带在940和980 nm处的透过率分别为97.73%和93.63%,反射带在1 030 nm的反射率为99.99%.对所制备的样品薄膜进行了激光损伤阈值测量,得到了35 J/cm2(1 064 nm,12 ns)的结果.     

脉冲激光诱导光纤损伤的测试方法

 针对传能光纤的高峰值功率激光损伤过程,研究了光纤损伤测试方法。实验装置搭建中增加了定位孔,有利于激光注入光纤对准;分别采用刀口法和CCD法对入射光束不同截面处光斑大小进行了测量,两种方法的测量结果基本一致。参考GJB1487-92激光光学元件测试方法和ISO11245光学表面的激光诱导损伤阈值测试方法,采用N-ON-1损伤测试和有效光斑面积计算方法对芯径为400 μm的石英包层阶跃折射率石英光纤进行了损伤阈值测试。实验发现：光纤损伤部位全部为入射端面,利用200倍显微镜观察光纤端面,出现明显永久性损伤点。最后采用统计学原理和线性拟合等方法得出测试光纤的端面零概率损伤阈值为3.85 GW/cm²。