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。     

氧化物薄膜抗1064nm脉冲激光损伤的特性研究

对向种氧化物介质膜料的单层膜、增透膜及高反膜的激光损伤特性进行了实验研究,分别测试了单脉冲和多脉冲１０６４ｎｍ激光的损伤阈值,分析和讨论了实验的物理现象及其结果。研究表明ＳｉＯ２、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３具有激光损伤阈值高、损伤程度轻的特点,特别对１０Ｈｚ激光而言,更是明显;增透膜及高反膜加λ／２层ＳｉＯ２对其激光损伤程度和损伤几率。     

脉冲激光器输出能量对薄膜损伤阈值测试的影响

薄膜损伤阈值是薄膜抗强激光作用的关键参数，而脉冲激光器的输出能量直接决定了激光薄膜损伤闲值测试结果及其测试精度。激光器的工作电压、频率以及传输距离是影响能量的重要因素。根据脉冲激光器的工作原理，建立了能量与电压、能量与频率和能量与传输距离的数学模型。在激光器工作电压范围内（300～1100V）进行了实验研究，结果表明：不同频率下建立的能量与电压的数学模型不同；同一工作频率下，激光输出能量与电压有两个线性区域；能量稳定性最好的区域其RMS值小于0．025，PV值小于0．07；输出能量随着探测距离的增加而减小。该结果为激光薄膜损伤阂值测试精度的提高提供了可靠的理论依据。     

高功率激光诱导光学元件损伤阈值测量的不确定度分析

 激光诱导损伤阈值作为一实验参量,对其结果作不确定度分析有利于激光工作者在某个精度范围内获知该参量的信息。从激光损伤和损伤阈值定义出发,分析了基于ISO11254的损伤几率测试法测试激光诱导损伤阈值的不确定度来源,包括激光能量测量、激光光斑有效面积测量、各能量密度处损伤几率的计算以及对损伤几率点进行直线拟合这4个方面。并利用统计学原理和线性拟合等理论对这4个方面引起的不确定度分量及最终测试结果的相对合成不确定度进行了计算。以1 064 nm高反薄膜样品为例,分析表明：损伤几率点的计算和几率图中损伤几率的直线拟合是损伤阈值测试结果不确定度的主要来源,当样品的损伤阈值为7.79 J/cm²时,这两种因素引起的相对不确定度可分别在4%和18%左右,损伤阈值的相对合成不确定度达18.72%。     

高功率激光诱导光学元件损伤阈值测量的不确定度分析

激光诱导损伤阈值作为一实验参量,对其结果作不确定度分析有利于激光工作者在某个精度范围内获知该参量的信息。从激光损伤和损伤阈值定义出发,分析了基于ISO11254的损伤几率测试法测试激光诱导损伤阈值的不确定度来源,包括激光能量测量、激光光斑有效面积测量、各能量密度处损伤几率的计算以及对损伤几率点进行直线拟合这4个方面。并利用统计学原理和线性拟合等理论对这4个方面引起的不确定度分量及最终测试结果的相对合成不确定度进行了计算。以1 064 nm高反薄膜样品为例,分析表明：损伤几率点的计算和几率图中损伤几率的直线拟合是损伤阈值测试结果不确定度的主要来源,当样品的损伤阈值为7.79 J/cm2时,这两种因素引起的相对不确定度可分别在4%和18%左右,损伤阈值的相对合成不确定度达18.72%。     

实时测量308 nm 激光对薄膜的损伤阈值

用散射光法, 建立了一套实时监视与测量308nm 激光对全反膜和增透膜的损伤的实验装置。实时观察到了损伤从起始、加深直至饱和的整个过程的波形。用这一装置测量了全反膜和增透膜在308nm 激光作用下的损伤阈值。测得全反膜在0°与45°入射角时的损伤阈值分别为1.7与1.0J/cm2。而增透膜的阈值为1.3J/cm2。     

实时测量308 nm 激光对薄膜的损伤阈值

 用散射光法, 建立了一套实时监视与测量308nm 激光对全反膜和增透膜的损伤的实验装置。实时观察到了损伤从起始、加深直至饱和的整个过程的波形。用这一装置测量了全反膜和增透膜在308nm 激光作用下的损伤阈值。测得全反膜在0°与45°入射角时的损伤阈值分别为1.7与1.0J/cm²。而增透膜的阈值为1.3J/cm²。     

脉冲激光诱导光学薄膜元件损伤识别方法综述

随着激光技术的不断发展,对应用于大功率、高能量激光系统,以及激光防护系统中的光学薄膜器件提出了高损伤阈值的要求。但目前在激光损伤阈值的测量上,还存在测量标准不统一、重复性不好、准确性差、相互结果难以比对等问题,其主要原因在于不同的材料及膜系适用于不同的损伤识别方法。对目前国内外在损伤识别方法方面的研究进行了总结,阐述了图像法、散射法、等离子闪光法,等离子体光谱法等多种不同的损伤识别方法,介绍了各种方法识别损伤的原理、特点,以及损伤识别的效果,期望对激光损伤阈值测试方面的研究具有参考和借鉴。     

He-Ne散射光检测光学薄膜激光损伤阈值

准确测定光学薄膜的激光损伤阈值可以衡量光学薄膜的抗激光损伤能力,测定损伤阈值的关键是准确地判定损伤的发生与否。建立了He-Ne散射光检测光学薄膜激光损伤阈值系统。通过测量同一样品点的He-Ne散射光能量变化来判断薄膜表面发生的损伤,并对制备的类金刚石薄膜与HfO₂/SiO₂反射膜进行了阈值测试。与等离子体闪光法的阈值测试结果进行比较,具有较好的一致性。分析表明：He-Ne散射光测试系统能有效地判断出激光诱导损伤,易于实现在线检测。     

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.     

单脉冲和多脉冲飞秒激光对单层光学薄膜的损伤

利用掺钛的蓝宝石飞秒激光系统输出的单脉冲和多脉冲飞秒激光(中心波长800 nm,脉宽50 fs,靶面聚焦直径Ф 40 μm),分别对BK7玻璃基底上厚约500 nm的单层HfO2和单层ZrO2薄膜进行辐照,得到了这两种薄膜在1-on-1和1 000-on-1测试方法下的激光损伤阈值。实验发现,两种方法下HfO2单层膜的阈值均比ZrO2单层膜的阈值高。从简化的Keldysh多光子离化理论出发,认为HfO2薄膜材料的带比ZrO2的宽是导致上述结果的主要原因。同时,同一种薄膜的多脉冲下的阈值比单脉冲下的低,原因是多脉冲下,飞秒激光对光学薄膜的损伤存在累积效应。     

单脉冲和多脉冲飞秒激光对单层光学薄膜的损伤

 利用掺钛的蓝宝石飞秒激光系统输出的单脉冲和多脉冲飞秒激光(中心波长800 nm,脉宽50 fs,靶面聚焦直径Ф 40 μm),分别对BK7玻璃基底上厚约500 nm的单层HfO₂和单层ZrO₂薄膜进行辐照,得到了这两种薄膜在1-on-1和1 000-on-1测试方法下的激光损伤阈值。实验发现,两种方法下HfO₂单层膜的阈值均比ZrO₂单层膜的阈值高。从简化的Keldysh多光子离化理论出发,认为HfO₂薄膜材料的带比ZrO₂的宽是导致上述结果的主要原因。同时,同一种薄膜的多脉冲下的阈值比单脉冲下的低,原因是多脉冲下,飞秒激光对光学薄膜的损伤存在累积效应。     

脉冲压缩光栅的激光损伤机理及阈值提升技术研究进展

总结了激光辐射条件下脉冲压缩光栅的激光诱导损伤机理,探究了表面形貌、加工方式、结构缺陷以及表面污染等因素对光栅损伤造成的影响,从微观损伤机理的角度阐释了产生损伤的内在原因。在脉冲压缩光栅的激光预处理、加工工艺及表面污染物的去除等方面,分析了实现光栅损伤阈值提升的内在因素,给出了提升光栅损伤阈值的技术措施。根据影响光栅损伤阈值的因素,提出在光栅运行过程中采用多种措施组合的方式来提升光栅的激光诱导损伤阈值。脉冲压缩光栅激光损伤机理和阈值的研究对脉冲压缩光栅系统的稳定运行具有实践意义,为激光装置高能量密度的输出奠定基础。最后,提出了光栅激光诱导损伤研究的科学与技术问题,为脉冲压缩光栅激光诱导损伤阈值的提升提供新的思路,服务于重大科学装置和重要技术领域的发展。     

VO2光学薄膜的脉冲激光损伤特性测试

为评价VO2光学薄膜在光电器件中的工作可靠性,搭建了可输出连续渐变激光能量密度的脉冲激光照射实验平台,运用1对1与s对12种激光损伤测试手段进行激光辐射照射实验,采用线性外推法和测量计算法2种方法对实验结果进行了处理并得出VO2薄膜在重复频率10 kHz、中心波长532 nm、脉冲宽度15 ps脉冲激光辐射下的损伤特性。结果表明:VO2薄膜损伤几率与脉冲激光的单脉冲能量密度呈线性关系,重复辐射的激光脉冲对VO2薄膜造成的损伤具有积累效应,且重复辐射的激光脉冲次数越多损伤积累效果越明显。     

实时测量308nm激光泽薄膜的损伤阈值

用菜射光法，建立了一套实时监视与测量３０８ｎｍ激光对全的帮增透膜的损伤的实验装置。实时观察到了损伤从起始、加深直至饱和的整个过程的波形，用这一装置测量了全反膜和增透膜在３０８ｎｍ激光作用一的损伤阈值，测得是全反膜在０°与４５°入射角时的损伤阈值分别为１．７与１．０Ｊ／ｃｍ＾２。而增秀原阈值为１．３Ｊ／ｃｍ＾２。     

单粒子翻转脉冲激光模拟的能量阈值的计算

 根据光的吸收机理,分析了单粒子效应脉冲激光模拟实验中所需用的脉冲激光的特点,探讨了脉冲激光单粒子效应的Monte Carlo计算模拟途径。在只考虑光电效应的简化下,得到存储器硅片单粒子翻转时入射脉冲激光能量阈值与临界电荷的计算关系式,进而给出该硅片的翻转截面的计算公式。在给定了存储器硅片的临界电荷的情况下,对入射脉冲激光能量阈值和单粒子翻转截面进行了计算。     

重复频率脉冲激光作用下膜内包裹物对损伤阈值的影响

 利用介质薄膜中包裹物的热理论模型,结合S.Papernov 等利用电子束蒸发技术在熔融石英上沉积含Au包裹物的HfO2薄膜实验,得出Au的吸收截面。以包裹物Au为例,计算了脉冲激光作用下不同包裹物半径对损伤阈值的影响,分析了重复率脉冲激光作用下薄膜损伤阈值的变化及重复频率与激光损伤阈值的关系。结果表明：随着包裹物半径的增加,激光损伤阈值先减小,接着增加而后再减小。激光损伤阈值与脉冲宽度的0.4次方成正比。随着脉冲重复频率的增加,激光损伤阈值单调下降,产生损伤所需的最小脉冲数则单调上升。     

脉冲激光对绝缘体上硅材料的损伤机理研究

绝缘体上硅(SOI)材料的激光损伤特性研究对基于该材料的光学器件在激光环境中的应用具有重要价值。本文使用1064 nm脉冲激光对SOI材料进行了辐照实验,在脉冲宽度分别为190 ps和280μs的条件下,测得的损伤阈值能量密度分别为2.5 J/cm2和19.8 J/cm2,SOI材料表面的激光损伤模式也存在明显差别。根据实验结果,利用ANSYS软件的热分析模块,采用有限元方法数值模拟了激光辐照结束后SOI材料内部的温度场分布,并结合损伤形貌的观测对SOI材料的激光损伤机制进行了讨论。