光学薄膜的激光损伤研究进展

从理论、实验两方面对薄膜的激光损伤机理和提高损伤阈值的手段进行了回顾。概括了现有理论模型及其适用范围,对缺陷的行为进行了多方面的论述,重点比较了各种制备方法及后处理手段的特点,分析了主要工艺参数对薄膜损伤阈值的影响。结合本实验室及国内外同行的工作,对溶胶-凝胶法制备高损伤阈值薄膜的工艺进行了总结。从吸收、热传导、抗拉强度等角度对物理膜和化学膜在结构与性能上进行了比较,提出了从化学键、成膜过程等方面分析损伤机理的建议,并结合真空污染、亚表面损伤等新问题提出了未来工作的发展方向。     

SiO2保护膜对高反膜激光损伤特性的改善

 为了研究高功率系统中高反膜的损伤机制,对高功率系统中最常用的基频高反膜进行了损伤实验。利用台阶仪、扫描电镜、表面轮廓仪等手段,对实验样品的典型损伤形貌进行了比较和分析。结果表明：保护膜的存在增强了样品的抗激光损伤能力;未加保护膜样品的典型破坏形貌是由材料热物特性差异导致的分层剥落损伤,这类损伤在后续的脉冲辐照下会迅速发展;有保护膜样品的典型破坏形貌是中心带有μm量级小坑的等离子体烧蚀损伤区,其主要是由缺陷受热力作用喷溅导致,小坑附近膜面的凸起是这种力学作用的宏观体现,这类损伤在后续的脉冲辐照中表现得相对比较稳定。保护膜的存在,在一定程度上抑制了分层剥落这种灾难性损伤的出现,改善了样品的损伤特性。     

不同LET辐射致DNA集簇性损伤的研究

利用辐照质粒DNA构象变化的分子模型,以DNA糖苷酶Fpg和AP核酸内切酶EndoIII识别并切割辐射所致DNA碱基损伤,将其转换为DNA断裂损伤,通过电泳分析DNA分子构象变化,研究比较γ射线、质子和7Li离子诱发DNA集簇性损伤。50Gy以上高剂量γ辐射对质粒DNA的损伤主要表现为单链断裂(SSB)和很少比例的双链断裂(DSB),并能产生一定水平的集簇性损伤。相比之下,高能质子束和高LET的7Li离子直接所致DNA的断裂损伤以及所产生的集簇性碱基损伤比γ射线的要严重,质子10Gy照射就可诱发明显的集簇损伤。     

Ⅰ层厚度对限幅器热损伤效应的影响

基于器件物理模拟分析法研究PIN限幅器二极管的微波脉冲热效应,利用Sentaurus-TCAD仿真器建立了PIN二极管二维多物理场仿真模型,研究了在5.3,7.5,9.4 GHz的微波脉冲作用下,不同Ⅰ层厚度的二极管模型的峰值温度变化。仿真结果表明:Ⅰ层厚度对PIN二极管微波脉冲热效应的影响分两个阶段,拐点前厚度增加,峰值温度提高,拐点后厚度增加峰值温度降低;一定范围内微波脉冲频率的变化对拐点影响不明显。     

短脉冲激光辐照下SiO2损伤微观机理简化模型

 从电子密度速率方程出发，建立短脉冲激光辐照下SiO₂材料中导带电子增长简化模型，计算了SiO₂中光致电离速率和电子雪崩速率，得到SiO₂激光损伤阈值与脉冲宽度的关系，计算分析了光致电离和碰撞电离两种电离机制在导带电子累积过程中的不同作用。结果表明：脉冲较长，碰撞电离几乎能提供全部的导带电子，激光损伤阈值与脉宽的0.5次方成正比；脉冲较短时，导带电子主要由碰撞电离产生，光致电离提供碰撞电离的初始电子，激光损伤阈值随着脉宽的减小，先增加后减小。     

高功率激光放大器片腔洁净度实验研究

在氙灯放电泵浦过程中,放大器片腔内材料在高强度氙灯光辐照下,存在显著的热解过程,产生大量的微米级悬浮粒子。在两种实验条件下对粒子数进行了测量:一是放大器氙灯泵浦结束之后悬浮粒子的自然消散过程;二是氙灯泵浦结束之后利用大气流量的超纯氮气冲洗片腔之后的粒子数测量。研究结果表明,正常情况下,氙灯泵浦结束后片腔洁净度达到了10~50万级气溶胶的水平(在粒子直径Φ 0.5 μm的水平上)。利用大气流量的超纯N2气冲洗片腔能够在短时间内显著地提高片腔的洁净度。     

放射性污染漫谈

 １８９６年法国科学家贝克勒尔首先发现了某些元素的原子核具有天然的放射性,能自发地放出各种不同的射线,这些射线通常都具有特殊的生物效应,可以损伤组织细胞,对人体造成急性和慢性伤害,有时还可改变某些生物的遗传特性。因此,随着放射性物质的大量生产和应用,就不可避免地会造成放射性污染。一、放射性污染的危害人类生活在地球上,实际上时刻都在接受着各种天然放射线的照射,它们来自于宇宙射线和存在于土壤中、岩石中、水和大气中的放射性核素,如铀－２３５、钾－４０、镭－２２９、氧－２２２等。这些因素构成的辐射剂量称为天然本底辐射,人类是在此环境中生衍发展起来的,已经适应了天然本底辐射。     

Focusing of Time Reversal Lamb Waves and Its Applications in Structural Health Monitoring

The focusing of time reversal acoustic fields for dispersive and multimodal Lamb waves is theoretically investigated and experimentally verified. It is demonstrated that the time reversal Lamb wave signal will reach the maximum amplitude when the observation point is located at the damage location. Based on the time reversal focusing theory, a damage imaging method is proposed for structural health monitoring using Lamb waves. The experiments employ a transducer network consisting of four piezoelectric transducers as actuators and as well sensors for excitation and measurement of Lamb waves. The results show that this method is able to accurately predict damage location and provides an estimation of the possible area even for damage close to one of the transducers or even slightly outside the transducer network.     

Evaluation of Thermal Degradation Induced Material Damage Using Nonlinear Lamb Waves

We report on the evaluation of thermal degradation damage in metal material using the nonlinear effect of Lamb wave propagation. A mountain-shape＇＇ change in the second harmonic of Lamb wave propagation versus the level of thermal degradation in the specimens is observed. It is attributed to the precipitations in the early stage and the microvoids after long-term service in terms of metallographic studies. The results show that the nonlinear Lamb wave is very sensitive to the microstructure evolution and is a good potential for quantitative evaluation of the thermal damaged materials.     

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。