光学元件的激光损伤问题

光学元件是各类激光系统不可或缺的光学功能实现部件,其性能决定了激光系统的输出能力和光束质量。光学元件的激光损伤问题从激光发明起就一直伴随着激光技术的发展,随着激光新技术的发展和激光新应用的牵引,激光的波段、脉冲宽度以及重复频率等参数不断拓宽,使得激光损伤问题更加复杂,但万变不离其宗,激光损伤问题的核心是光学元件或光学材料对激光的吸收机制问题。从激光与光学材料相互作用的基本原理出发,以惯性约束聚变（ICF）激光驱动器应用的典型光学材料和光学元件为研究对象,回顾了针对光学元件的激光损伤问题开展的科研工作,总结了在此期间形成的关键技术和里程碑进展,同时也对依然困扰该领域的几类光学元件存在的问题瓶颈以及进一步研究发展趋势进行了展望。     

石英玻璃片的化学抛光工艺研究

石英玻璃是紫外光刻、激光核技术等精密光学系统的关键光学元件。石英玻璃在加工过程中易出现表面及亚表面损伤和蚀坑等缺陷问题,化学抛光能有效消除石英玻璃的亚表面损伤。介绍了石英玻璃片的化学抛光工艺原理和过程,利用正交实验法优化了石英玻璃化学抛光工艺参数,分析了化学抛光过程中抛光液成分、抛光液温度和抛光时间对石英玻璃片表面粗糙度的影响。实验结果表明,采用氟化氢铵、水和丙三醇配置的化学抛光液,在最优化的工艺参数时,石英玻璃片经过化学抛光,表面粗糙度可降到100 nm左右,可见光透过率最高可达到89%。为石英玻璃光学零件的化学抛光工艺提供了理论依据和技术支持。     

梯度膜作为高功率激光反射膜的初步研究

 对渐变折射率薄膜替代均匀膜系作为高功率激光反射膜的可行性进行了理论研究。以较容易获得的线性共蒸法制备的光学膜在中心波长为1 064 nm的激光作用为例,分析了薄膜与基体之间波长的匹配、场强分布等问题。提出了通过改变微小单元获得梯度膜匹配厚度的数值方法,将之运用在14个周期结构的梯度膜中,并由膜系计算软件验证了所获得结果。最后通过分析Maxwell方程,计算了梯度膜中与薄膜损伤密切相关的电场强度分布。结果表明：周期性结构梯度高反射膜中的电场分布与传统高反射膜具有相似性,但相对于传统高反射膜容易在界面处出现损伤的情形而言,梯度膜更容易在表面出现损伤,使梯度膜表面反射相移接近π是高功率梯度高反射膜的设计方向。     

SiO2内保护层对LiB3O5晶体倍频增透膜损伤阈值的影响

 利用离子辅助电子束沉积方法在LiB₃O₅基底上镀制了不加SiO₂内保护层和加SiO₂内保护层的倍频增透膜，测量了两类薄膜在波长1 064 nm多脉冲辐照下的激光损伤阈值，获得了两种不同的损伤形貌，并对损伤原因作了初步探讨。实验结果表明：保护层的加入把由基底膜层界面缺陷吸收所决定的阈值改变到由HfO₂膜层内缺陷吸收所决定的阈值，显著提高了倍频增透膜的抗激光损伤能力。     

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。     

硅酸铋(BSO)晶体闪烁性能研究

报道对BSO晶体闪烁性能研究的若干结果. 包括晶体的激发光谱和荧光光谱、光产额、发光衰减时间和抗辐照能力等特性.     

激光诱导间质肿瘤热疗的数值模拟和实验研究

本文在考虑生物组织物性动态变化的情况下建立了激光诱导间质肿瘤热疗(LITT)的物理数学模型,采用MonteCarlo方法数值模拟了LITT中激光能量在生物组织内的传输过程,基于Pennes生物传热方程和Arrhenius方程数值求解了组织内的温度分布和热损伤体积的变化,分析了热物性及血液灌注率的动态变化对LITT过程的影响,并与相应的离体实验结果进行了对比。数值模拟结果表明,组织的热物性及血液灌注率的动态变化对于热损伤体积的变化具有重要的影响。因此在激光诱导间质肿瘤热疗的数值模拟中应该考虑热物性及血液灌注率的动态变化以期为临床治疗方案的制定提供更为准确的依据。     

肿瘤微波热疗的温度场预示及热损伤研究

本文将热损伤的产生和影响引入到肿瘤的微波热疗中。运用微波能量比吸收率SAR的分布分析了微波在组织中的传输和吸收过程,并对微波热疗过程中的温度场、热损伤分布以及血液灌注率的变化进行了数值模拟。     

对晶体光损伤阈值测量的一种新方法的研究

提出一种测量晶体光损伤阈值的新方法,即确定激光横向功率密度的空间分布,利用晶体的激光损伤斑点半径,直接计算出晶体光损伤阈值,并给出入射激光为高斯光束时晶体损伤阈值与其损斑半径的关系。以提拉法生长的掺镁铌酸锂(MgO：LiNbO3)晶体为研究对象,用该方法测量其损伤阈值,得到了定量结果且所得数据与文献已报道的规律相符。分析得出同样激光条件下．损斑半径越大的晶体其光损伤阈值越小的结论,指出该方法同样适用于其他晶体或非高斯光束条件下光损伤阈值的测量并对具体作法进行了讨论。该测量方法弥补了常用测量方法只能定性或半定量的不足,可用于晶体抗光损伤阈值的精确测量。