CO_2激光预处理参数对石英基片表面粗糙度的影响

为研究CO2激光预处理参数对熔石英基片表面粗糙度的影响,采用频率为100 Hz,光斑面积为1 mm2的CO2激光对理想的熔石英基片进行辐照处理,根据处理后基片表面微观形貌特征将修复程度分别定义为轻度、中度和重度修复,并对3种修复程度下基片的表面粗糙度值进行了统计。研究了不同脉冲作用时间和不同占空比(激光功率)的激光束单点单次辐照基片后的表面粗糙度。结果表明:石英基片的表面粗糙度均方根值和处理造成的凹陷深度均随脉冲作用时间和功率的增加逐渐变大;均方根值的增幅逐渐增加,凹陷深度的增幅逐渐减小。     

退火参数对熔石英透射波前和损伤阈值的影响

 采用高温退火技术去除熔石英元件表面由于CO2激光修复带来的残余应力,研究了退火环境对元件的表面污染,分析了不同退火温度（600～900 ℃）和保温时间（3～10 h）对于元件残余应力、透射波前、表面粗糙度和激光损伤阈值的影响。结果表明:在800 ℃以下,高温退火10 h可有效去除CO₂激光修复带来的残余应力,对元件的透射波前和表面粗糙度无明显影响;石英保护盒能有效减少退火环境对元件表面产生的污染,但仍有X射线光电子能谱检测不到的表面污染物存在;在退火后采用质量分数为1%的HF刻蚀15 min,激光损伤阈值可恢复,同时元件透射波前和表面粗糙度并无明显的增加。     

紫外激光预处理对熔石英表面损伤影响的实验研究

搭建了紫外激光预处理平台,实验研究了紫外激光对熔石英基片的预处理效果。通过对比不同样片可以看出:熔石英的表面质量对预处理效果影响明显;表面原生缺陷和初始损伤的数量越多,尺度越大,辐照后的预处理效果越明显;预处理时,能量增幅采用零损伤阈值的20%为宜,预处理能量的最高值一般应达到样片零损伤阈值的80%左右。实验发现,损伤后的损伤扩展阈值一般为初始损伤阈值的1/3左右。     

表面Al膜污染物诱导熔石英表面损伤特性

在熔石英表面人工溅射一层Al膜污染物,分别测试污染前后熔石英基片在355 nm波长激光辐照下的损伤阈值,并采用透射式光热透镜技术、椭偏仪和光学显微镜研究了污染物Al膜的热吸收、厚度以及激光辐照前后熔石英的损伤形貌。用355 nm波长的脉冲激光分别辐照位于污染的熔石英和洁净的熔石英前后表面的损伤点,并用显微镜在线采集损伤增长图样,测试损伤点面积。实验表明:熔石英前表面的金属Al膜污染物导致基片损伤阈值的下降约30%,后表面的污染物导致基片下降约15%,位于熔石英样片后表面损伤点面积随激光辐照次数呈指数增长,而位于前表面的损伤点面积与激光脉冲辐照次数呈线性增长关系;带有污染的熔石英样片的增长因子比洁净的熔石英样片的增长因子高30%。     

抑制损伤发展的CO_2激光修复技术及机理研究

熔石英表面激光损伤发展问题一直制约着激光器的运行通量。采用CO2激光在线熔融修复损伤点,修复后形成一个光滑的高斯坑,去除了损伤点中的裂纹,平滑了凹凸不平的表面,并且在紫外脉冲激光作用下,修复斑再次产生损伤的阈值高于熔石英元件的损伤生长阈值。因此CO2熔融修复技术能有效地抑制损伤发展。通过分析CO2激光作用下熔石英表面的温度分布,讨论修复坑的形成过程,确定激光参数对修复效果的影响,为寻找最佳修复参数提供理论基础。同时利用原子力显微镜(AFM)、轮廓仪细致分析损伤点和修复斑的微细结构,采用有限差分时域方法计算损伤点和修复斑周围的光强分布,探索消除裂纹和平滑表面对抑制损伤生长的作用。     

光学元件激光预处理技术

国外学者用1064 nm激光对pickoff镜进行预处理,发现损伤阈值平均提高38.8%。国内研究者用CO2激光中度抛光后,熔石英基片的损伤阈值提到了30%左右,激光波长、扫描方式等对处理效果影响也比较明显。介绍了三种公认的预处理机制,将离线与在线处理方式做了简单地比较,并对国内外激光预处理技术的发展和前景进行了展望。     

酸蚀与紫外激光预处理结合提高熔石英损伤阈值

采用HF酸刻蚀和紫外激光预处理相结合的方式提升熔石英元件的负载能力,用质量分数为1%的HF缓冲溶液对熔石英刻蚀1~100 min,综合透过率、粗糙度和损伤阈值测试结果,发现刻蚀时间为10min的熔石英抗损伤能力最佳。采用355 nm紫外激光对HF酸刻蚀10 min的熔石英进行预处理,结果表明:紫外预处理能量密度在熔石英零损伤阈值的60%以下时,激光损伤阈值单调递增;能量到达80%时,阈值反而低于原始样片的损伤阈值。适当地控制酸蚀时间和紫外激光预处理参数能有效提高熔石英的抗损伤能力。     

熔石英表面热致应力对激光损伤行为影响的研究

为了研究热致应力对光学元件损伤特性的影响,通过实验测试退火处理消除热应力和未消热应力石英基片的激光损伤特性,研究了热致应力对石英元件初始损伤阈值、损伤增长阈值以及损伤增长规律的影响.结果表明,热致应力对熔石英光学元件的初始损伤阈值有影响,初始损伤阈值随着热致应力增大而降低;热致应力会加剧激光引发的损伤增长,相同的激光通量下,表面应力越大的区域拥有越高的损伤增长因子,但损伤增长仍遵从指数增长规律.热致应力对损伤增长阈值没有明显的影响.本文的研究将为CO2激光预处理工艺能否被应用于大口径光学元件提供一个必要的技术参考.     

CO_2激光光栅式扫描修复熔石英表面缺陷的实验研究与数值模拟

基于熔石英材料对波长为10.6μm的CO2激光具有强吸收作用这一特点,提出采用CO2激光光栅式多次扫描修复熔石英光学元件表面密集分布的划痕和抛光点等缺陷的方法.实验结果表明,在合理的扫描参数下,元件表面的划痕和抛光点等缺陷可被充分地消除.损伤阈值测试结果表明,表面划痕和抛光点等缺陷被完全消除的元件的损伤阈值可回复到或超过基底的损伤阈值.同时结合有限元软件Ansys的模拟结果分析了CO2激光扫描修复及消除元件表面划痕和抛光点等缺陷的过程.本文为消除元件表面划痕和抛光点等缺陷提供了非常有意义的参考.     

激光诱导熔石英表面损伤修复中的气泡形成和控制研究

基于熔石英材料在CO_2激光作用下的温度分布和结构参数变化的计算结果,对熔石英损伤修复中的气泡形成和控制进行了研究.针对损伤尺寸介于150—250μm之间的损伤点,提出了一种能够有效控制气泡形成的长时间低温预热修复方法.基于低温下熔石英材料结构弛豫时间常数较长的特点,该方法在不引起熔石英材料结构发生显著变化的同时,能够解吸附表面和裂纹处所附着的气体和杂质,可有效降低裂纹闭合过程中气泡形成的概率.实验结果表明,长时间低温预热修复方法的成功修复概率可达到98%.     

激光钝化对熔石英修复后损伤性能影响的实验研究

采用10.6 μupm 的 CO₂激光, 对单次激光脉冲辐照修复熔石英存在的烧蚀采用大光斑钝化去除. 经过辐照修复的区域置于前表面测试初始损伤阈值, 结果表明调制造成的损伤得到了一定程度的抑制; 辐照区域置于后表面修复后 熔石英的初始损伤阈值超过了基底的初始损伤阈值. 实验观察到了应力分布外扩, 同时明显减弱. 对损伤增长的测试说明, 经过激光熔融辐照后的损伤点, 当应力释放以后, 损伤扩展初期表现出指数增长趋势, 后期随着辐照次数的增加, 损伤增长不再明显, 并且趋于恒定值.     

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。     

He-Ne激光对小麦幼苗增强UV-B辐射损伤修复的影响

采用He-Ne激光(5mW/mm²)来辐照处理经增强UV-B(10.8kJ·m^-2·d^-1)辐射损伤的小麦幼苗,通过荧光光谱测定其中双链DNA(dsDNA)的含量,分析研究了He-Ne激光对小麦DNAUV-B损伤的切除修复的影响和机制,以探明激光对UV-B损伤的修复途径及机制.结果表明:He-Ne激光能明显增强UV-B辐射处理后小麦种子的萌发力;小麦对UV-B辐射损伤具有一定的切除修复能力,切除修复的高峰期发生在UV-B辐射后4～6h内;He-Ne激光主要通过促进小麦的切除修复途径影响小麦对UV-B损伤的修复,而且能增强小麦的切除修复能力,其促进作用在修复高峰期(5h)表现尤为明显.     

CO2激光扫描辐照修复熔石英表面损伤

采用振镜系统结合10.6 m的CO2激光,对熔石英表面损伤点进行辐照,成功地修复了直径500 m的大尺寸损伤点,损伤修复后表面无烧蚀残留,损伤内部完全愈合,无气泡和残余裂纹。和定点修复方式相比,这种修复具有修复尺度大、面形影响区域小、应力分布范围小的优势。80%扫描辐照修复的损伤点的初始损伤阈值恢复甚至超过了基底的初始损伤阈值。     

CO2激光对熔石英表面小尺寸损伤的修复

 利用10.6 μm的CO₂激光对不同直径的点状损伤和不同宽度的划痕进行了修复。经过波长351 nm的紫外激光考核发现,对于直径小于80 μm的点状损伤和对于宽度小于40 μm的划痕,随着损伤点尺寸和划痕宽度的增加,修复后阈值提高程度逐渐降低。划痕的宽度在达到40 μm以后修复效果非常微弱。修复过程中,由于作用时间较短及温度分布不均产生了热应力导致样片损伤以后产生径向裂痕,后续的紫外激光会使裂痕明显扩展。当样品被置于高温退火炉内退火3 h以后,应力导致开裂的现象得到了解决。     

Ar+, He+，S+离子轰击n-InP单晶表面的机理研究

通过X射线光电子能谱和低能电子衍射实验研究了10～180 eV的Ar⁺、 He⁺、S⁺离子轰击n-InP(100)表面, 发现S⁺离子轰击可以产生In-S组分,减轻离子轰击对表面的物理损伤.对于Ar⁺离子轰击后的表面,经过S⁺离子处理和加热过程以后,表面损伤得到了修复,最终得到了2×2的InP表面,进一步验证了S⁺离子对InP表面的修复作用.     

纳秒激光诱导石英光纤端面损伤特性研究

实验研究了石英光纤的纳秒激光诱导损伤行为.实验条件下全部为光纤端面损伤,按照损伤形貌可以分为坑状损伤、熔融损伤和溅射损伤三类.提出了光纤端面损伤的判断方法和损伤阈值的测试方法,通过线性拟合得出实验条件下石英传能光纤的零概率损伤功率密度阈值为3.85GW/cm².总结了光纤端面损伤的过程,分析了激光诱导光纤端面损伤机理,指出光纤端面的杂质缺陷是造成光纤抗激光损伤能力下降的内因.因此,通过改善光纤端面质量还可较大程度提高光纤传输激光能量.实验发现光纤注入端面损伤点几乎全部发生在端面中心区 关键词： 激光诱导损伤 高峰值功率 光纤传能 损伤阈值     

Impact of organic contamination on the laser-induced damage in vacuum

The impact of two organic contaminations on the damage characteristics of anti-reflector (AR) at 1064 nm is investigated. Contamination experiments were made with toluene and acetone in liquid phase on the surface of AR coatings. Chemical and morphological characterization methods were used to identify and understand the damage process. The possible damage process is analyzed and discussed. It is found that toluene decreases laser-induced damage threshold and acetone seems to be benign and has little influence on laser-induced damage threshold due to its quickly spreading into the coating. Adsorption and droplet micro-lensing effect mechanism are the main cause of enhanced laser-induced damage of toluene.     

UV-B诱导的水稻DNA损伤和修复研究

利用单克隆抗体ELISA,研究了UV-B对水稻DNA中CPDs和6-4PPs的诱导形成,并证实了水稻幼苗中DNA损伤的光修复和暗修复的存在.经UV-B处理的水稻幼苗,DNA中CPDs和6-4PPs的积累随UV-B处理时间的增加而上升.水稻幼苗DNA损伤的暗修复能力较低,24h内仅修复约20～30%.与暗修复相比,DNA损伤的光修复进程较快;CPDs的光修复在20min内可修复50%;而6-4PPs的光修复需要1h才能完成50%修复.以上结果表明,UV-B诱导的水稻DNA损伤的修复以光修复为主,且CPDs和6-4PPs的修复活性与其它植物存在差异.