高功率固体激光器光学元件位相误差滤波

不同频段的位相误差对输出光束将产生不同的影响，低频段主要影响远场焦斑主斑的能量分布，中高频段影响光的散射或者可能出现的较大的强度峰值调制，高频段影响光的散射，导致能量的损失。研究光学元件引入的位相误差与输出光束之间的定性、定量关系，首先必须对位相误差进行相应的滤波处理，反映光学元件面形的细微误差。     

双预脉冲驱动X射线激光实验研究

 在“星光-Ⅱ”激光装置上进行了双预脉冲驱动类氖铬X射线激光实验，介绍了实验方法和实验结果，并对结果进行了简短讨论。由于目前“星光”装置输出能量较低，所进行的双预脉冲驱动未能显著提高X射线激光强度，改变预脉冲幅度时X射线激光强度也未有显著变化。利用MED103程序进行了模拟计算，其结果与实验结果一致。     

金刚石窗口冷却Yb3+∶YAG DPSSL设计

针对高功率二极管重复率抽运的V型非稳腔Yb3+∶YAG激光头，提出了利用金刚石窗口冷却和直接水冷相结合的复合冷却设计.在YAG片的抽运面进行直接水冷，同时在激光提取面利用金刚石窗口冷却介质.金刚石优异的导热性能不仅能够有效地冷却激光介质，还能消除横向的温度梯度，解决了高功率激光器冷却和高功率抽运的矛盾.模拟结果表明对掺杂10 at %厚度为1.6 mm的Yb3+∶YAG片在抽运功率密度为20 kW/cm2，重复频率为10 Hz的条件下，要将最高温度控制在可接受的范围内（比如320 K），周围冷却水的对流换热系数约为4000 W/m2K.     

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.     

熔石英后表面坑点型划痕对光场调制的近场模拟

建立了坑点型划痕的旋转抛物面模型, 用三维时域有限差分方法研究了熔石英后表面坑点型划痕随深度、 宽度、 间距以及酸蚀量变化对波长λ =355 nm入射激光的调制.研究表明, 这类划痕调制最强区位于相邻两坑点的连接区, 且越靠近表面调制越强.当其宽深比为2.0---3.5、 坑点间距约为坑点宽度的1/2时, 可获得最大光场调制, 最大光强增强因子(LIEF)为11.53; 当坑点间距大于坑点宽度时, 其调制大为减弱, 相当于单坑的场调制.对宽为60δ (δ =λ/12), 深和间距均为30δ的坑点型划痕进行刻蚀模拟, 刻蚀过程中最大LIEF为11.0, 当间距小于300 nm时, 相邻坑点由于衍射形成场贯通.     

Two localized CO2 laser treatment methods for mitigation of UV damage growth in fused silica

Two methods：high-power,short-time,single-shot irradiation（Method A） and low-power,long-time,multi-shot irradiation（Method B） are investigated to mitigate the UV damage growth in fused silica by using a 10.6-μm CO2 laser.To verify the mitigation effect of the two methods,the laser induced damage thresholds（LIDTs） of the mitigated sites are tested with a 355-nm,6.4-ns Nd：YAG laser,and the light modulation of the mitigation sites are tested with a 351-nm continuous Nd：YLF laser.The mitigated damaged sites treated with the two methods have almost the same LIDTs,which can recover to the level of pristine material.Compared with Method A,Method B produces mitigated sites with low crater depth and weak light modulation.In addition,there is no raised rim or re-deposited debris formed around the crater edge for Method B.Theoretical calculation is utilized to evaluate the central temperature of the CO2 laser beam irradiated zone and the radius of the crater.It is indicated that the calculated results are consistent with the experimental results.     

横向划痕对光场调制的近场模拟

熔石英亚表面划痕对入射激光的近场调制是导致光学元件低阈值损伤的主要因素之一. 用三维时域有限差分方法研究了连续横向划痕的近场分布, 对比了尖锐截面与光滑截面场调制的差异, 着重探讨了光场调制与划痕宽深比R的关系. 研究表明: 酸蚀后的光滑截面有助于减弱近场调制, 这类划痕的R>10.0时调制较弱且相互接近, R<5.0时调制显著增强. 当R取1---3时, 亚表面的调制达最大值, 最大电场幅值为入射波幅值的4.3倍. 当R取1.0---3.5时, 缺陷附近有80%以上取样点的最大电场幅值超过入射波幅值的2倍. 随着深度的增大, 强场区具有明显的"趋肤效应": 位于划痕正下方的强场区首先往左右两侧移动, 然后移向抛物口界面以及水平界面, 同时衍生出的多条增强线诱导整个亚表面层的光场增强.     

40J激光装置研制

 报道了一台输出能量在40J量级的激光装置。该装置从星光Ⅱ激光装置分光作为光源,由放大器链、能源系统和支撑桁架等三大部分构成。对整个激光装置的模拟计算结果表明：装置的增益能力足够输出40J,B积分满足ΔB小于1.8的要求。研制了一种全腔水冷新型放大器,对其小信号增益系数和增益均匀性进行了测量,实验得出增益系数β为0.034cm ^-1,增益均匀性为91.84%。结果表明这种放大器完全能满足此激光装置的设计要求。     

高功率激光装置大口径光学元件侧面清洗实验

针对高功率激光装置内部最易产生受激布里渊散射(SBS)效应的大口径取样光栅(BSG)元件,测试了经过化学刻蚀、紫外激光清洗作用处理后,大口径光学元件BSG侧面在355 nm激光辐照下的损伤阈值、损伤形态以及产生的石英颗粒气溶胶对环境污染程度的分析。结果表明:经过化学刻蚀,BSG侧面的损伤阈值提高78%,基本与通光面的损伤阈值相当,而经过紫外激光处理后的损伤阈值提升不高,仅为通光面损伤阈值的56%。侧面对比分析了相同激光能量辐照下样片侧面产生的气溶胶污染状况,结果表明紫外激光处理同样可以提高光学元件侧面产生污染物的阈值,且对光学元件性能没有影响。通过微观形貌和对通光口径影响分析表明,紫外激光清洗处理比化学刻蚀具有更好的安全性和适用性。     

Effect of fused silica subsurface defect site density on light intensification

The effect of defect density on the modulation of incident laser waves is investigated. First, based on the actual defect distribution in the subsurface of fused silica, a three-dimensional (3D) grid model of defect sites is constructed. The 3D finite-difference time-domain method is developed to solve the Maxwell equations. Then the electrical field intensity in the vicinity of the defect sites in the subsurface of fused silica is numerically calculated. The relationships between the maximal electrical field intensity in fused silica and the geometry of the defect sites are given. The simulated results reveal that the modulation becomes more remarkable with an increase of the defect density. In addition, the effect of the distribution mode of defects on modulation is discussed. Meanwhile, the underlying physical mechanism is analyzed in detail.