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...     

脉冲激光沉积动力学研究进展

脉冲激光沉积技术是现代常用的先进薄膜材料制备技术之一.文章在简要介绍脉冲激光沉积技术及其进展的基础上,较全面地介绍了脉冲激光沉积动力学的基本物理图像和动力学构架,深入地探讨了激光烧蚀靶材过程、等离子体膨胀过程和薄膜沉积过程的动力学规律,阐述了我国学者在脉冲激光沉积动力学研究方面的贡献,例如包括脉冲激光沉积三个工艺过程自洽的统一模型,等离子体膨胀的冲击波模型,基于局域能量动量守恒定律的新等离子体演化动力学模型,包括热源项、蒸发项、等离子体屏蔽效应和动态物性参数的烧蚀热传导模型,考虑电子碰撞效应和能带结构变化的修正双温模型,能统一描写从纳秒级到飞秒级脉冲激光烧蚀规律的统一双温模型等.     

飞秒激光烧蚀石英玻璃的实验与理论研究

实验研究了800nm飞秒激光作用下石英玻璃的破坏机理和烧蚀规律，给出了破坏阈值与脉冲宽度的关系.发展了雪崩击穿模型，计算了材料的烧蚀阈值与脉冲宽度的依赖关系，烧蚀深度、烧蚀体积与脉冲能量的依赖关系，研究了导带电子的扩散对材料中激光能量的沉积、分布，以及材料的破坏阈值和烧蚀规律的影响. 关键词： 飞秒激光脉冲 破坏机理 石英玻璃 电子扩散     

开展磁控溅射镀膜探索研究性实验课程的尝试

磁控溅射镀膜实验涵盖了理工科大学生所认知的真空、高电压、材料制备等知识.结合大连理工大学国家级物理实验教学示范中心在探索研究性实验方面积累的教学经验与方法、等离子体物理国家重点学科的知识储备以及三束材料改性教育部重点实验室自主开发、手动操作的磁控溅射镀膜设备的优势,尝试将磁控溅射镀膜用于大学探索研究性实验教学.介绍了开展此实验所需的知识构成与设备模块,阐述了实验的设计思想与方法、开展实验的前期准备、课堂组织、注意事项,分析了课程实施的主要困难,并给出了解决方案.     

光溅射镀膜均匀性的优化模拟

为了改善脉冲激光溅射沉积大面积薄膜的均匀性,发展了基片离轴旋转的扫描技术.根据基片离轴旋转的基本原理和等离子体羽空间余弦分布规律,建立了径向膜厚分布公式.数值模拟了各种因素对基片离轴旋转扫描沉积薄膜均匀性的影响.分析表明,优化粒子束中心与基片中心偏置距离、溅射点与基片的距离是改善基片离轴旋转扫描镀膜均匀性的主要途径.同时也考虑了电机转速、镀膜时间和激光重频的影响.通过参量优化,当均匀度要求在95%时,计算得到薄膜的最大半径超过40mm.     

光溅射镀膜均匀性的优化模拟

为了改善脉冲激光溅射沉积大面积薄膜的均匀性,发展了基片离轴旋转的扫描技术.根据基片离轴旋转的基本原理和等离子体羽空间余弦分布规律,建立了径向膜厚分布公式.数值模拟了各种因素对基片离轴旋转扫描沉积薄膜均匀性的影响.分析表明,优化粒子束中心与基片中心偏置距离、溅射点与基片的距离是改善基片离轴旋转扫描镀膜均匀性的主要途径.同时也考虑了电机转速、镀膜时间和激光重频的影响.通过参量优化,当均匀度要求在95％时,计算得到薄膜的最大半径超过40 mm.     

真空中铝单丝电爆炸的实验研究

开展了铝单丝在负极性电流脉冲作用下电爆炸特性的研究.利用皮秒激光探针,搭建了阴影、纹影和干涉的光学诊断平台,得到了不镀膜铝丝典型的能量沉积过程,在电压崩溃时刻其沉积能量为2.4 eV/atom.为了增加金属丝内的沉积能量,开展了相同电参数及金属丝尺寸下的镀膜铝丝电爆炸实验,其沉积能量可达到5 eV/atom,实现了在电压崩溃之前铝丝完全气化(完全气化所需能量为4 eV/atom).阴影图像展示了高密度丝核区域的膨胀过程,不镀膜铝丝平均膨胀速度为2.2 km/s,而镀膜铝丝因为沉积能量大,其膨胀速度约为不镀膜铝丝的2.3倍,高密度区域膨胀速度为5 km/s.由于阴影不能反映低密度等离子体的膨胀,开展了平行双丝实验,通过测量自发光辐射,估算了低密度等离子体的膨胀速度.利用条纹相机拍摄了不镀膜铝丝电爆炸过程中自发光区域的图像.纹影图像清晰地展示了不镀膜铝丝在电爆炸过程中形成的核冕结构,而镀膜铝丝电爆炸过程中核冕结构得到了一定程度的抑制.从干涉图像计算了相移,在轴对称假设下对相移进行阿贝尔逆变换,重构了三维的铝原子数密度分布.     

激光对金属铜微孔加工的热力学过程研究

采用纳秒激光脉冲对铜金属进行了打孔实验,对微孔形貌进行了观察并对其热力学过程进行了相应的分析。研究表明,微孔的形貌是由凹坑和周围隆起组成,坑深随着脉冲能量的增加而增加。热力学分析表明,激光辐照金属打孔需要两个基本条件：一是激光脉冲能量的沉积,使金属材料发生熔化、汽化以及电离等相变,使得材料更容易去除;激光等离子体作为二次热源会更有效把激光脉冲能量耦合到金属表面;二是激光等离子体的冲击波效应,这种效应会把发生相变的材料有效及时排出,从而有效形成微孔。     

薄膜材料虚拟仿真实验的建设与教学实践——磁控溅射镀膜和原子力显微镜（AFM）在氢化纳米硅薄膜制作过程中的应用

为解决薄膜材料物理实验在大学物理实验教学中实验仪器昂贵,实验过程高危等困难,设计与建设了“磁控溅射镀膜和原子力显微镜(AFM)在氢化纳米硅制作过程中的应用”虚拟仿真实验.此虚拟仿真实验项目借助3D技术,真实还原并模拟了实验场景与过程,人机交互程度高,可操作性强.通过三年的教学实践与网络平台推广,取得了良好的教学效果以及学生的一致好评.     

超短脉冲激光在电介质材料中传输及破坏深度微观理论计算

基于Fokker-Planck方程和激光传输方程建立超短脉冲激光在电介质材料中的传输及材料破坏理论模型,计算材料内不同位置处导带电子数密度及激光电场强度随时间的变化,进而得到激光的反射率、透射率及沉积率随激光能量密度的变化特征.选取导带电子数密度阈值作为材料破坏的判断条件,计算了不同激光能量密度下的破坏深度,发现破坏深度随激光能量密度的变化曲线呈现先增长后减小,讨论了激光能量沉积特性对破坏深度的影响.计算最大破坏深度随激光脉宽的变化发现,激光脉宽越短则最大破坏深度越小. 关键词： 超短脉冲激光 电介质材料 破坏深度 微观理论模型     

薄膜光学

薄膜光学理论与膜系设计O484.12007021550红外增透与保护膜技术的研究=Study of infrared AR andprotecting coating technology[会,中]/付秀华(长春理工大学光电工程学院.吉林,长春(130022)),董连和…//光学/激光/红外技术学术交流会.-北京,2006.12.-1162-1164采用电子束与离子辅助沉积技术,在氟化镁晶体材料上制备3.5~4.9μm增透与保护膜。经过实验,选取氧化钛与二氧化硅作为薄膜材料,并优化沉积工艺参数,尽可能减少吸收损失,对氟化镁基底实现有效的增透和保护。实验结果表明,镀膜后其单面剩余反射率由未镀膜时的2.5%减少到1.2%,并能承…     

脉冲激光沉积法制备的ZnO薄膜的低阈值电抽运紫外随机激射

分别采用直流反应溅射法和脉冲激光沉积法在硅衬底上沉积ZnO薄膜, 用X射线衍射、扫描电镜、光致发光谱等手段对两种方法沉积的ZnO薄膜的结晶状态、 表面形貌和光致发光等进行了表征. 进一步对比研究了以上述两种方法制备的ZnO薄膜作为发光层的金属-绝缘体-半导体结构器件的电抽运紫外随机激射. 结果表明, 与以溅射法制备的ZnO薄膜作为发光层的器件相比, 以脉冲激光沉积法制备的ZnO薄膜为发光层的器件具有更低的紫外光随机激射阈值电流和更高的输出光功率. 这是由于脉冲激光沉积法制备的ZnO薄膜中的缺陷更少, 从而显著地减少了紫外光在光散射过程中的光损耗. 关键词： 随机激射 ZnO薄膜 脉冲激光沉积 溅射     

在磁控溅射镀膜实验中开展探究性教学的尝试

结合桂林电子科技大学在探索研究性实验方面积累的教学经验与方法,以及教师在薄膜与器件方面的科研工作,尝试将射频磁控溅射镀膜用于大学生探索研究性实验教学.探究性实验从物理原理、设备构造、材料、工艺、理论与实践关联、性能测试、结果分析等方面进行类似研究生的培养过程,多角度培养学生的综合能力.实践表明:电子类地方高校将溅射镀膜实验用于大学探索性研究性实验具有可行性,且可与学校的学科特色紧密结合.     

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<0.2%,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多模光纤的功率平均提高了50%,而K9玻璃的反射功率提高到99.85%;另外,制备的光纤激光器光学膜有效地提高了激光损伤阈值,解决了低温冷镀的膜层牢固性问题。     

纳秒激光在K9玻璃中聚焦的损伤形貌研究

详细研究了纳秒激光脉冲在K9玻璃内部产生损伤的形貌特点.整个损伤形貌是前端较大、后端逐渐减小,呈纺锤形.损伤区可分为四种类型的损伤形貌：损伤点轴向的丝状等离子通道、熔化区域、裂纹区域和裂纹末端的折射率变化区域.给出了激光脉冲能量在空间的沉积函数和冲击波膨胀压强的表达式,并根据压强的空间分布特点对相应的损伤形貌进行了分析,理论分析与实验结果相符. 关键词： 激光损伤形貌 移动损伤模型 冲击波 激光能量沉积     

飞秒激光作用下全向高反膜破坏的激发过程

设计和制备了全向高反膜SiO₂/TiO₂，研究了它在不同脉冲宽度、不同脉冲能量的飞秒激光作用下的破坏阈值和烧蚀深度.利用发展的抽运-探针方法，研究了抽运脉冲作用下材料中导带电子的超快激发和能量沉积过程，建立并求解了飞秒激光激发材料和材料的激发对抽运光自身反作用的耦合动力学模型.模型较好地揭示了材料破坏的激发过程. 关键词： 飞秒激光 全向高反膜 激发过程 破坏机制     

Nd：YAG固体脉冲激光器实验研究

介绍了Nd：YAG固体脉冲激光器相关的实验项目：静态和调Q状态的出光阈值、激光脉宽、倍频和激光光束形状等.采用普通相纸、红外相纸和激光能量计检测出不同的激光器静态和调Q出光阈值;采用散射、反射和透射方法研究了静态和调Q输出激光脉冲的宽度,发现用K9玻璃和多层膜镜测试的激光脉冲宽度比散射方法的大;采用激光能量计测试激光器静态和调Q的倍频效率和倍频激光能量与倍频晶体的位置关系;激光光束探测器表征激光器静态和调Q输出光的光斑形状.通过这些实验项目,学生将深入了解和掌握固体脉冲激光器的工作原理、性能参数,以及表征激光器性能参数的仪器设备,并深入地研究解决实验发现的问题,为今后激光相关领域的工作奠定坚实的基础.     

真空镀膜机改装成热丝CVD系统

通过重新设计和改造镀膜室,增添新引线和引进进气系统,将蒸发镀膜装置改装成新型热丝CVD(化学气相沉积)系统.性能参数测试结果表明,改装后的装置完全达到化学气相沉积系统的要求,能进行金刚石、BCN材料等物质的化学气相沉积,同时也完好地保留了原有真空镀膜的功能.     

负啁啾高强度飞秒脉冲在正常色散材料中传输特性研究

利用块状正常色散材料作非线性介质，实验研究了负啁啾强激光飞秒脉冲在正常色散材料的传输过程中，脉冲波形及频谱随入射脉冲能量的变化特性.实验发现，负啁啾脉冲经过材料后激光光谱在被整形和压缩的同时，脉冲宽度也被压缩.实验获得的压缩脉冲宽度短于相等光谱宽度下的双曲正割转换极限脉冲宽度.数值模拟结果显示，在实验条件下模拟结果具有同样的变化特性. 关键词： 飞秒脉冲 自压缩 负啁啾 自聚焦     

把“拉倒法测量薄膜附着力”引入大学物理实验

介绍了如何把"拉倒法测量薄膜附着力"的实验引入到大学物理实验教学中.用简单的直流溅射镀膜仪在玻璃衬底上沉积银薄膜,用设计制作的拉倒法测量薄膜附着力的实验装置测量了银薄膜在衬底上单位面积的附着力.本实验是对已经在北京科技大学国家工科物理基础课程教学基地开设的大学物理实验内容的新的扩充.