短脉冲激光诱导薄膜损伤的等离子体爆炸过程分析

短脉冲激光诱导薄膜材料损伤过程的研究通常止于薄膜材料发生喷溅.超热喷溅物质吸收剩余激光脉冲能量将形成剧烈的等离子体爆炸过程.采用两步数值计算方法处理等离子体微滴的爆炸过程,即在每一个数值计算时间步长内,将爆炸过程分为两步,第一步处理微滴的绝热膨胀及裂解过程;第二步处理微滴对激光脉冲能量的吸收过程.有效地将微滴吸收激光能量的物理学过程与爆炸动力学过程耦合到一起.分析了喷溅物质微滴在剩余激光脉冲作用下,其半径、膨胀（加）速度、裂解（加）速度、电子及离子的密度与温度等参量随时间变化的演化情况.结果表明：材料喷溅 关键词： 光学薄膜 激光损伤 等离子体 爆炸     

玻璃基底上制备多孔氧化铝薄膜的研究

采用电子束蒸发和阳极氧化法,在B207光学玻璃基底上制备出了孔径大小可调、孔隙率可调的多孔氧化铝光学薄膜。用扫描电子显微镜(SEM)和分光光度计分别表征了薄膜的形貌和透射率。结果表明,电子束蒸发的铝膜表面质量比电抛光的铝箔表面质量差;与一次氧化法相比,二次氧化法可以显著提高膜的表面质量;与硫酸和草酸电解液相比,在磷酸电解液中制备的多孔氧化铝薄膜具有较大的孔径,更高的孔隙率;退火有利于多孔氧化铝薄膜透射率的提高。     

电子束蒸发沉积Ta2O5光学薄膜的研究

通过正交实验,以Ta2O5为初始膜料,采用离子源辅助电子束蒸发技术制备了Ta2O5光学薄膜。透射光谱显示,所制备的Ta2O5光学薄膜具有较高的透射率,极值点透射率约为93%,接近K9玻璃基片的透射率。极差分析表明,基片温度和离子源氧气流量是影响薄膜透射率的两个主要因素,而沉积速率的影响很小。分析了各制备参数对Ta2O5薄膜光学性能的影响,得到了采用离子源辅助电子束蒸发制备Ta2O5光学薄膜的最佳工艺参数。     

初始电子密度对光学薄膜激光损伤机制的影响

光学元件的激光损伤问题是激光器件向高功率密度方向发展中必须认识和克服的问题.基于Forkker-Planck方程,研究了激光与材料相互作用时的雪崩电离机制、多光子电离机制以及联合两种机制的情况.雪崩电离的产生需要一定密度的初始自由电子存在,该自由电子可以是材料中原本就存在的,也可能是光电离产生的.着重分析了材料中的初始自由电子对材料电离机制的影响.结果表明,雪崩过程在激光作用一段时间后会达到一个稳定的电离阶段(以自由电子平均能量不随时间变化为特征,且此时雪崩电离为材料电离的主导机制),该时间与光电离速率、材料中初始自由电子密度有关.材料中的初始自由电子可以在一定程度上掩盖光电离的作用效果.     

Damage induced by femtosecond laser in optical dielectric films

Both the nature of avalanche ionization （AI） and the role of multi-photon ionization （MPI） in the studies of laser-induced damage have remained controversial up to now. According to the model proposed by Stuart et al., we study the role of MPI and AI in laser-induced damage in two dielectric films, fused silica （FS） and barium aluminum borosilicate （BBS）, irradiated by 780-nm laser pulse with the pulse width range of 0.01 - 5 ps. The effects of MPI and initial electron density on seed electron generation are numerically analyzed. For FS, laser-induced damage is dominated by AI for the entire pulse width regime due to the wider band-gap. While for BBS, MPI becomes the leading power in damage for the pulse width T less than about 0.03 ps. MPI may result in a sharp rise of threshold fluence Fth on r, and AI may lead to a mild increase or even a constant value of Fth on r. MPI serves the production of seed electrons for AI when the electron density for AI is approached or exceeded before the end of MPI. This also means that the effect of initial electron can be neglected when MPI dominates the seed electron generation. The threshold fluence Fth decreases with the increasing initial electron density when the latter exceeds a certain critical value.     

二甲基甲酰胺对多孔SiO_2薄膜结构和光学性能的影响

在碱性催化条件下正硅酸乙酯的溶胶体系中,引入二甲基甲酰胺(DMF)进行原位共溶胶凝胶,并结合常压干燥工艺制备多孔SiO2增透薄膜。利用Netzsch热分析仪研究了干凝胶在干燥过程中的热稳定性、用扫描电子显微镜(SEM)对样品薄膜的形态结构进行了表征,用分光光度计考察了DMF对膜层增透性能的影响。实验结果表明,DMF能有效防止凝胶的开裂,抑制颗粒团簇的产生,使胶粒聚联成大的网络结构,提高了成膜性能;DMF的加入能提高薄膜的透射率,使膜层在300～1000nm范围内透射率达99%以上。     

Ti-O化合物制备TiO2薄膜热处理及透射率研究

采用离子束辅助蒸发,以TiO2,Ti3O5,Ti2O3为膜料,制备了具有良好光学透射性的TiO2薄膜.结果分析表明,所制备出的TiO2薄膜均为非晶态结构,退火后薄膜发生晶化均具有明显的(101)择优取向;晶化的程度和退火温度的高低有关;退火处理之后以TiO2,Ti3O5为膜料制备的薄膜透射率下降,而以Ti2O3为膜料的上升;膜料不同对氧的需求量不同:以TiO2,Ti3O5为膜料制备薄膜所需氧量,远小于以Ti2O3为膜料所需氧量,氧流量过多降低了薄膜的透射性能,且随氧流量的不同,薄膜的透射率曲线均发生偏移,膜料不同偏移度也不同.     

光学薄膜激光预处理能量密度选取

采用Nd∶YAG三倍频激光对光学薄膜进行了预处理.实验发现三倍频激光预处理对薄膜的抗激光损伤能力有明显的影响,影响规律比较复杂,归纳得出合适激光预处理能量密度与测试激光能量密度有关.理论上借助杂质诱导薄膜损伤的概率统计模型,从激光预处理引起的激光微区退火以及形成微尺寸损伤两个主要方面着手,很好地解释了复杂的实验现象.总体上看,预处理激光能量密度低于激光退火所需临界能量密度时,预处理效果以负作用为主;预处理激光能量密度高于激光退火所需临界能量密度,且低于激光诱导薄膜微损伤所需临界能量密度时,预处理效果以改善薄膜抗激光损伤能力为主,预处理激光能量密度要尽量选在这个范围内;预处理激光能量密度高于激光诱导薄膜微损伤所需临界能量密度时,预处理效果同样以负作用为主.     

初始电子密度对光学薄膜激光损伤机制的影响

光学元件的激光损伤问题是激光器件向高功率密度方向发展中必须认识和克服的问题.基于Forkker-Planck方程,研究了激光与材料相互作用时的雪崩电离机制、多光子电离机制以及联合两种机制的情况.雪崩电离的产生需要一定密度的初始自由电子存在,该自由电子可以是材料中原本就存在的,也可能是光电离产生的.着重分析了材料中的初始自由电子对材料电离机制的影响.结果表明,雪崩过程在激光作用一段时间后会达到一个稳定的电离阶段（以自由电子平均能量不随时间变化为特征,且此时雪崩电离为材料电离的主导机制）,该时间与光电离速率、材料中初始自由电子密度有关.材料中的初始自由电子可以在一定程度上掩盖光电离的作用效果.
关键词:初始电子;激光损伤;光电离;雪崩电离