大气环境下重复频率激光辐照45#钢反射率变化分析

 通过大气环境中重复频率激光辐照45#钢样品的表面反射率测量以及回收样品的金相分析和表面能谱分析，对表面反射率变化过程进行了研究。理论计算与实验对比表明：激光最初作用于由氧化物和吸附物形成的金属表面膜层，此时有较强的吸收；随后激光起“清洗”、“抛光”作用，然后直接作用于金属原子，反射增强；温度的升高使样品的电阻率增大导致反射率降低，随着温度的升高材料表面开始氧化以及其后的正反馈过程是材料反射系数持续下降的主要原因。     

连续激光重复加载下30CrMnSiA钢的反射率

利用双光束反射率测量装置,研究了连续激光重复加载作用下30CrMnSiA钢金属材料的反射率变化特性。通过激光加载、冷却然后再加载到更高的温度的辐照试验与激光单次辐照的结果比较,发现二次加载时材料表面的激光反射率与样品表面首次加载时达到的最高温度所对应的反射率基本一致,只有达到并超过首次加载时样品曾达到的最高温度后,样品表面的反射率才会再次发生变化,且变化趋势与单次完整加载时的路径重合。这表明样品表面的反射率与其达到的最高温度有关,进一步的研究结果表明,样品达到的最高温度与样品表面在最高温度下产生的氧化反应层有关,而这一氧化层在冷却过程和再加载过程不变化。     

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。     

贮氢钛膜氢含量的中子反射分析方法设计

对3 μm厚Ti膜的中子反射率谱进行理论计算,得到了Ti膜在不同含氘量(TiDc,c=0.5、1.0、1.5和2.0)、表面是否氧化下的反射率谱.数据表明,用中子反射技术可以获取含氘量和表面氧化程度等信息.同时,根据需测量的膜层最大厚度,对反射谱仪部分参数提出了要求.     

月球表面环境对Mo/Si多层膜光学特性的影响

研究了月球表面高温、强辐射的空间环境下Mo/Si多层膜的热稳定性和辐照稳定性。Mo/Si多层膜采用磁控溅射法镀制,将制备好的多层膜在100℃和200℃高温下加热,利用激光等离子体反射率计和X射线衍射仪(XRD)对加热前后的多层膜进行了测量。结果显示在200℃以内,多层膜反射率和中心波长没有显著变化,表现出良好的热稳定性。利用Monte Carlo方法模拟了质子在多层膜内造成的缺陷的分布和浓度分布。模拟显示,能量大的质子沉积在多层膜内部,造成的缺陷也集中在多层膜内部。用能量为60keV,剂量分别为3×1012 cm-2和3×1014 cm-2的质子对Mo/Si多层膜进行辐照实验。发现多层膜内部出现了烧蚀损伤缺陷及节瘤缺陷。结果表明能量相同时,辐照剂量越大对多层膜反射率影响越大。     

ns激光辐照硅光电探测器的损伤阈值

以He-Ne激光作为参考光,采用反射光能量法,测量了ns激光辐照硅光电探测器的损伤阈值,并测量了不同功率密度的强激光辐照下探测器对参考光的反射率.实验结果表明,ns激光辐照硅光电探测器的损伤阈值为4.1×106W/cm2,在探测器被强激光损伤的初期阶段,探测器对参考光的反射率下降很快,继续增加入射激光的能量,探测器对参考光的反射率下降趋于平缓.     

激光作用下环氧/硅树脂复合涂层的1.3μm反射特性研究

利用共轭反射计装置,开展了真空环境中激光作用下环氧/硅树脂双层结构复合涂层的1.3μm反射特性研究,测量得到了涂层反射率随样品背表面温度的变化曲线。通过有限元分析和界面热阻修正得到了反射率随涂层温度的变化关系,探讨了反射率随温度的变化机理。研究结果表明,红外连续激光损伤环氧/硅树脂复合涂层,主要表现为底漆热解引发的鼓包分层和面漆热解导致的烧蚀变色;常温下涂层对1.3μm激光的反射率约为0.80,激光辐照初始时变化不明显,鼓包前后出现波动,测量区涂层鼓包、烧蚀后反射率显著下降,最终保持在一个相对较低值;反射率变化与涂层热解过程、损伤方式密切相关,涂层对1.3μm激光的反射率变化存在3个特征温度,分别对应底漆热解、面漆热解和表面状态趋于稳定时的温度。     

中心波长为13．9nm的正入射Mo／Si多层膜

用由铜靶激光等离子体光源等组成的反射率计对自行设计的周期厚度为7.14nm的120层Mo/Si多层膜进行极紫外(EUV)波段反射率测量。由于多层膜层数增加所引起的吸收、膜层界面之间的扩散以及镀膜过程中的膜厚控制误差或表面被氧化(污染)等原因,正入射Mo/Si多层膜在13.9nm处的反射率低于理论计算值73.2%,最后用原子力显微镜(AFM)测量其表面粗糙度为σ=0.401nm。     

极紫外光辐照下表面碳沉积污染的计算模型

极紫外光刻(EUVL)是最有可能实现22nm技术节点的下一代光刻技术。极紫外(EUV)光刻系统使用波长为13.5nm,在此波段下曝光设备只能采用全反射式系统。然而,在极紫外光辐照下的光学元件,薄膜表层的碳化和氧化是导致EUV反射膜反射率下降的两种主要机制。结合EUV光学器件的表面分子动力学理论,研究碳沉积层的作用机理,以便找到抑制污染沉积的有效方法。通过针对碳污染层模型的计算研究,验证了模型和假设的有效性,从侧面证明了Boller等的"二次电子诱导分解是主要沉积过程"理论。通过迭代法模拟了控制污染的几个关键参数对沉积层的影响,得到50~80nm的非工作波段产生的碳沉积最为严重的计算结果。     

短脉冲激光加工硅膜的传热过程及烧蚀图形的二维计算

为研究短脉冲激光辐照硅膜表面后的能量传输过程,基于双温方程的计算方法以及自由电子气理论,建立了求解能量传输方程的二维有限元模型.针对红外以及可见光波段的激光,通过限制硅膜的大小,有效地控制了计算的精度,并得到电子温度与热流的时间以及空间分布.计算结果表明,激光诱导产生的等离子体密度极大地影响了硅膜表面的反射率及光吸收系数;通过分析电子热流密度随时间的变化曲线,得到硅膜内部能量的传输过程;在激光作用过程中,硅膜内部晶格温度始终保持在熔点以下,证明了等离子体密度是激光烧蚀硅膜的主导因素;预测了激光烧蚀的图形,并分析了不同波长的激光烧蚀图形与高斯曲线的关系.     

真空紫外波段铝反射膜制备

为制备出在130～210nm波段具有良好光谱性能的铝反射膜,优化设计了铝反射镜中铝层和保护层氟化镁的厚度,理论确定铝层和氟化镁保护层最佳厚度分别为80nm和33nm。采用热舟蒸发工艺,在BK7基片上制备了Al反射膜样品,获得了130～210nm波长范围内反射率均大于80%的金属铝膜。研究了铝层沉积速率和紫外辐照处理对薄膜性能的影响,并考察了铝膜光谱性能的时效性。结果表明铝层沉积速率越快,制备的铝膜反射率越高;合理地存放铝膜元件,可以长时间内保持铝膜的光谱性能。适当的紫外辐照处理能进一步提高铝膜在真空紫外波段的反射率。     

连续激光辐照对三结砷化镓电池散射光谱的特性影响

太阳能电池作为一种高效的光电转化器,被广泛地应用于光伏发电系统中。激光作为一种高亮度光源辐照电池时,会导致其出现损伤,可利用电池的表面散射光谱特性,对其损伤程度进行判别。通过目标表面散射光谱测量系统,对激光辐照后的三结砷化镓电池散射光谱进行测量,并计算双向反射分布函数(BRDF)。其中测量系统主要由FX 2000和NIR 17型光纤光谱仪组成,针对电池表面的强镜反射特性,在实验中采用了入射角和反射角为30°的测量几何模型。原始三结砷化镓太阳能电池的结构主要包括减反射膜DAR层、顶电池GaInP层、中电池GaAs层和底电池Ge层,其散射光谱特征包括可见光谱段(500～900 nm)的吸收特性及近红外谱段(900～1 200 nm)的类周期振荡特性,在对连续激光辐照损伤后电池的光谱特性进行实验测量后,得到了损伤电池光谱BRDF的变化,并结合基于薄膜干涉理论的电池散射光谱模型,对各膜层损伤后的特征进行了分析。结果表明：DAR层的主要作用是降低光谱反射能量,对光谱曲线的特性影响较小;Ge层对光谱曲线形状基本无影响;电池散射光谱吸收和干涉等特征主要由GaInP层和GaAs层所引起,其中,GaIn...     

光纤激光器光学膜设计与制备

针对激光在传输过程中的光能损失,本文根据光学薄膜理论,设计制备了减反射膜和抗激光的高反射膜,并对激光膜的镀膜材料、膜系设计、沉积工艺及离子辅助沉积等参数进行了深入研究.研究结果表明,制备的减反膜的反射率＜O.2%,激光以25°～65°入射时高反射膜的反射率＞99.7%.对50μm光纤和K9玻璃镀膜前后的输出功率测试显示...     

基于微面斜率法的粗糙表面半透明介质层光谱散射特性分析

对具有一维高斯分布粗糙表面的半透明介质层光谱散射,基于微面斜率法建立了考虑遮蔽效应的粗糙表面光谱辐射传递概率模型,采用蒙特卡罗法模拟光谱辐射能束在粗糙表面、半透明介质层介质与镜反射基底之间的多次反射、折射和吸收等传递过程。通过数值模拟,分析了介质层表面粗糙度、光谱光学厚度、折射率和基底反射率对介质层双向反射分布函数(BRDF)的影响。结果表明,表面粗糙程度不同时,反射峰值随入射角度呈现不同的变化趋势;表面粗糙度增加或折射率增大都将导致漫反射份额增大;介质层光谱光学厚度和基底反射率主要影响BRDF的数值大小,而对BRDF的分布形态影响很小。     

X光多层膜反射镜的损伤与破坏实验研究

 产生X光激光的等离子体环境对X光多层膜反射镜造成损伤与破坏。通过模拟实验,给出国产Mo/Si多层膜反射镜的破坏阈值大约是0.10J/cm²,在这个辐照剂量下,多层膜表面均方粗糙度明显增加,反射率几乎降至为零。提出了防止多层膜反射镜破坏的一些想法。     

激光吸收涂层性能研究

为了开展激光吸收涂层性能研究,建立了激光加载吸收涂层样品模型,根据材料物性参数模拟了激光能量耦合过程,分析了不同参数激光加载条件下的温升情况.对铜基底表面碳氮化硅涂层开展了反射特性研究,并通过激光辐照实验,开展了涂层样品的抗激光损伤技术研究,得到了强激光辐照下涂层的温度阈值.本文的研究内容为激光能量测量装置涂层选材及参...     

沉积态铀薄膜表面氧化的X射线光电子能谱

含铀(U)薄膜在激光惯性约束聚变的实验研究中有重要的用途.研究其在不同气氛下的氧化性能可以为微靶制备、储存及物理实验提供关键的实验数据.通过超高真空磁控溅射技术制备了纯U薄膜及金-铀(Au-U)复合平面膜,将其在大气、高纯氩(Ar)气及超高真空度环境中暴露一段时间后,利用X射线光电子能谱仪结合Ar~+束深度剖析技术考察U层中氧(O)元素分布及价态,分析氧化产物及机理.结果显示,初始状态的U薄膜中未检测到O的存在.Au-U复合薄膜中的微观缺陷减弱了Au防护层的屏蔽效果,使其在3周左右时间内严重氧化,产物为U表面致密的氧化膜及缺陷周围的点状腐蚀物,主要成分均为二氧化铀(UO_2).在高纯Ar气中纯U薄膜仅暴露6 h后表面即被严重氧化,生成厚度不均匀的UO_2.在超高真空度环境下保存12 h后,纯U薄膜表面也发生明显氧化,生成厚度不足1 nm的UO_2.Ar~+束对铀氧化物的刻蚀会因择优溅射效应而使UO_2被还原成非化学计量的UO_(2-x),但这种效应受O含量的影响.     

基于Blinn-Phong模型的红外辐照模型及其红外场景仿真

为仿真场景景物红外特征和红外高光现象,根据红外成像基本原理改进了计算机图形学中的可见光光照模型,提出了基于Blinn-Phong模型的红外辐照模型,在可见光Blinn-Phong反射模型中引入自发辐射项并考虑场景中各种辐射源与对象表面间辐射能量的传递,使对象表面辐照效果符合相应规律。在仿真实现方面,提出基于几何特征的反射区域辐射能量计算方法,根据景物几何特征确定反射区域,由入射点处的自发辐射和材料在长波波段的漫反射率、镜面反射率以及反射点处的法向量、探测器位置、朝向等信息计算反射点相对探测器的总辐射能量,实现红外高光效果模拟。分析验证了所提出的红外辐照模型和高光效果模拟方法的有效性。     

溶胶-凝胶ZrO2-TiO2高折射率光学膜层的抗激光损伤性能研究

采用溶胶-凝胶方法制备了ZrO2-TiO2(Ti含量为0-100 mol%)高折射率光学薄膜.借助激光动态光散射技术研究溶胶微结构.采用傅里叶变换红外光谱、原子力显微镜、薄膜光学常数分析仪、漫反射吸收光谱及强激光辐照实验,对膜层的结构、光学性能及抗激光损伤性能进行了系统表征.结果显示,溶胶-凝胶工艺可以在部分牺牲折射率的情况下,使膜层的抗激光损伤性能得到大幅度提升.随Ti含量从0mol%增加至100 mol%,膜层的平均损伤阈值呈下降趋势,当Ti含量从0mol%增加至60mol%时,平均损伤阈值从57.1 J/cm2下降到21.1 J/cm2(辐照激光波长为1053 nm,脉冲宽度为10 ns,"R/1"测试模式),当Ti含量从60mol%增加至100mol%时,平均损伤阈值变化很小.综合溶胶微结构、膜层光学性能和损伤实验结果可以推断,强激光诱导多光子吸收是引起膜层损伤的主要原因.不同配比的复合膜之间光学带隙的显著差异导致相同辐照激光情况下多光子吸收的概率发生变化,从而导致损伤阈值的规律性变化.     

遥感、空间光学仪器

选择了合适的测量方式,建立了铝漫反射板的相对双向反射向反射分布函数的测量装置。通过实验研究铝漫反射板的相对双向反射分布函数在不同情况下的性质表明:不同表面粗糙度的铝漫反射板相对双向反射分布函数随人射角度的变化趋势有所不同;表面镀Al MgFZ膜反射率可增大约1.5到3倍;相对双