激光对光学薄膜加热过程的数值分析

采用“交替隐型算法”对光学薄膜中的加热过程进行了数值分析,求解得到了薄膜中的二维温度场,并给出一些计算实便。     

退火对电子束热蒸发Al2O3薄膜性能影响的实验研究

 用电子束热蒸发方法镀制了Al₂O₃材料的单层膜,对它们在空气中进行了250~400 ℃的高温退火。对样品的透射率光谱曲线进行了测量,计算了样品的消光系数、折射率和截止波长。通过X射线衍射仪（XRD）测量分析了薄膜的微观结构,采用表面轮廓仪测量了样品的表面均方根粗糙度。结果发现随着退火温度的提高光学损耗下降,薄膜结构在退火温度为400 ℃时仍然为无定形态,样品的表面粗糙度随退火温度的升高而增加。引起光学损耗下降起主导作用的是吸收而不是散射,吸收损耗的下降主要是由于退火使材料吸收空气中的氧而进一步氧化,从而使薄膜材料的非化学计量比趋于正常。     

不同类型蒸发源对平面夹具薄膜均匀性的影响

 分析了几种可能的实际蒸发源与薄膜均匀性的关系,其中包括扩展的平面蒸发源和曲面蒸发源。通过实验论证了薄膜均匀性对蒸发源尺寸和蒸发特性的依赖关系。得到的分析结果表明：当蒸发源半径和夹具高度的比值小于1/17时,蒸发源可以被视为一个点面源;大于 1/10时,应当把蒸发源视为面面源进行考虑。当挖坑深度和蒸发源半径的比值介于0和0.5之间时,挖坑对薄膜均匀性造成的影响基本可以忽略;大于0.6时,挖坑效应明显影响薄膜的均匀性。     

窄带干涉滤光片抗击不同输出方式激光的损伤特性研究

利用Nd∶YAG调Q单脉冲激光和自由脉冲激光对硬膜窄带干涉滤光片进行激光损伤阈值的测试,并且采用表面热透镜技术测量了滤光片的吸收率。实验发现:窄带干涉滤光片的吸收率和激光损伤阈值强烈依赖于辐照激光波长与窄带干涉滤光片通带的相对位置;在调Q单脉冲激光作用下,不同中心波长的滤光片损伤形貌存在明显的差别,而在自由脉冲激光作用下,各滤光片的损伤形貌则趋于相同,均表现为典型的热熔烧蚀破坏。根据实验结果,结合损伤形貌,通过驻波场理论对激光作用下滤光片内电场分布的分析与模拟,探讨了两种激光模式作用下滤光片的损伤特征和损伤机理的不同特点。     

Coaxial combination of coherent laser beams

Based on polarization state conversion, a technique for coaxially coherent combination of laser beams is introduced. Laser beams can be coaxially coupled into one beam with high combination efficiency and perfect beam quality. A polarized laser beam combination system based on master oscillator power amplifier （MOPA） configuration is developed and the efficiencies of both unit combination and the whole system are investigated. In the experiment of combining four beams with single longitudinal mode, a combination efficiency of 85.3% is achieved. It can be further enhanced by improving the stability of experimental environment and the quality of optical and mechanical components.     

多层介质膜光谱调制反射镜的反应离子束刻蚀误差容限

 在千焦拍瓦高功率放大系统设计中,激光脉冲的时空和光谱整形技术一直受到人们的广泛关注。利用反应离子束刻蚀等微纳超精细加工而成的多层电介质结构反射镜可在高功率条件下实现啁啾脉冲的光谱整形。在光谱整形介质结构反射镜的设计与制造中,需要根据要求的反射率来合理提出反应离子束刻蚀误差容限指标。推导出反应离子束刻蚀误差容限的解析表达式。针对神光Ⅱ千焦拍瓦高功率放大系统设计中提出的多层介质光谱调制反射镜,分析了调制结构反射镜各层加工的容许误差,确定了反应离子束刻蚀误差容限指标。研究表明：刻蚀高折射率介质的加工误差容限为35 nm;刻蚀低折射率介质的加工误差容限为62 nm。此外,还从使用需要和加工难易的角度,对刻蚀方案进行了讨论。就加工难易程度而言,优选反应离子束刻蚀方案,且采用刻蚀并残留低折射率介质的方案更容易实现。     

HfO2薄膜生长应力演化研究

薄膜应力的存在是薄膜材料的本征特性,对过程中薄膜应力的测量与精确控制具有重要意义.搭建了基于双光束偏转基底曲率测量装置,再结合薄膜厚度的实时监控,实现了对薄膜应力演化过程的观测.对HfO2薄膜的生长过程做了实时研究.结果显示,在所研究条件下,HfO2薄膜的生长应力随厚度的增加,在360～660 MPa范围内变化;沉积温度越高,沉积真空度越高,张应力越大;在真空度较高的沉积条件下,薄膜应力强烈地受到基底表面的影响,随着薄膜厚度的增加,应力也趋于稳定.     

Effect of Vacuum on the Laser-Induced Damage of Anti-Reflection Coatings

In the comparison of damage modifications, absorption measurement and energy dispersive x-ray analysis, the effect of vacuum on the laser-induced damage of anti-reflection coatings is analyzed. It is found that vacuum decreases the laser-induced damage threshold of the films. The low laser-induced damage threshold in vacuum environments as opposed to air environments is attributed to water absorption and the formation of the O/Si, O/Zr sub-stoichiometry in the course of laser irradiation.     

德鲁德分布非均匀膜的光学特性模拟分析

从德鲁德理论出发,对多元共蒸法镀制的非均匀膜的折射率分布与沉积速率的关系进行了探讨;然后利用计算机辅助模拟,对德鲁德分布非均匀光学薄膜,从单周期和多周期、正变和负变、完整周期和存在半周期几个方面对其光学特性进行了系统分析.研究发现：其透射率的极小值和周期数的关系遵从周期数的三次多项式衰减规律,不同规律的德鲁德分布非均匀膜可用来设计不同功能的滤光片.     

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.