强激光辐照下充内压圆柱壳的破坏阈值和破坏时间

建立了强激光辐照下充压圆柱壳热力学响应的物理模型和数值计算模型,求解了激光产生的非线性温度场。在此基础上,考虑塑性和屈服强度的温度相关性,求解了非线性的应力场,计算了两种不同类型圆柱壳在高功率连续CO_2激光作用下的破坏阈值,给出了破坏时间与功率密度的关系以及壳体破坏的危险区域。     

DF激光作用下氟玻璃破坏阈值的测量及机理

实验测量了氟铝酸盐玻璃对3．8μm激光的透射率以及在高功率连续DF激光作用下的破坏阈值，根据实验结果，应用耦合热弹性理论和大型有限元程序，模拟了氟玻璃窗口在矩形光斑作用下的温度响应和力学响应，分析了氟玻璃破坏的机理，由此推断靶材断裂的危险点，并和实验情况相比较，最后，对氟玻璃材料作为高功率激光器输出窗口的可行性作出评价。     

靶面激光光斑尺寸原位测量的研究

提供了一种简便易行的靶面激光光斑尺寸原位测量的方法。从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了激光烧蚀斑半径与辐照激光能量、光斑尺寸、烧蚀阈值间的关系式,模拟分析发现辐照激光光斑尺寸对烧蚀斑半径随辐照能量变化曲线有较大影响。对于脉宽为2 ms,波长为1064 nm的激光,实验测量了不同能量激光辐照下相纸烧蚀斑半径,并用推导出的关系式拟合测量数据,获得了靶面处光斑尺寸和样品烧蚀阈值。同时,也测量了不同位置处的光斑尺寸和样品烧蚀阈值,对高斯光束束腰位置和样品烧蚀阈值的光斑尺寸效应进行了验证。研究结果表明该技术结果可靠,简单高效。该技术可以为高能激光与固体物质相互作用的基础研究和激光加工等应用领域中实现简单方便地测量靶面光斑尺寸提供帮助。     

激光辐照CCD图象传感器局部的破坏效应研究

研究了激光辐照CCD图象传感器局部时,CCD工作性能的变化;测量了连续波激光辐照下CCD的饱和阈值(分别对1060nm和632.8nm)及脉冲激光辐照下的破坏阈值;分析了造成饱和及破坏的机理;用一维绝热边界条件热模型计算热饱和阈值.     

超短脉冲激光对透明材料的破坏

基于固体的能带理论和能量守恒原理建立了一个描述激光与非金属材料作用时载流子随时间空间变化的理论模型。讨论了材料的破坏阈值、烧蚀深度与激光脉宽、波长和强度之间的关系,同时也讨论了破坏阈值、烧蚀深度与材料禁带宽度等特性之间的关系。讨论了多光子电离、隧道电离和雪崩电离在激光对材料破坏过程中的不同地位,理论结果表明,光电离在超短脉冲激光对非金属材料破坏过程中对破坏阈值的影响最大。     

波段外脉冲激光对锗材料热冲击效应的数值研究

强激光辐照锗材料可造成材料的破坏.对波段外脉冲激光辐照锗材料进行了理论研究,建立了激光辐照锗材料的热力耦合数学物理模型,对热传导方程和应力平衡方程进行有限元数值求解,对不同能量密度下波段外激光辐照锗材料的瞬态温度场和应力场分布进行了数值模拟计算,得到了材料最易损伤的位置和材料的损伤阈值以及锗材料的损伤阈值与激光参数之间的关系.分析结果表明:热应力损伤在锗材料的脉冲强激光损伤中占据主导地位,锗材料出现热应力损伤的激光能量密度小于出现熔融损伤的激光能量密度,应力损伤主要集中在光斑中心区域并体现为压应力损伤.     

10.6 μm脉冲激光对多晶硅探测器干扰损伤实验

用10.6 μm脉冲CO2激光辐照多晶硅光电探测器,进行了干扰与损伤阈值实验研究,得到了对多晶硅探测器的干扰、损伤阈值;分析了不同干扰能量的干扰效果,研究了干扰损伤机理,依据受干扰程度对干扰等级进行了划分;通过干扰激光能量与干扰光斑面积的关系,重度饱和后探测器随时间恢复情况,探讨了各干扰等级下10.6 μm脉冲激光对红外成像系统的干扰效果。     

光学薄膜激光损伤阈值测量不确定度

光学薄膜的激光损伤阈值是评价其激光耐受性能好坏的一个重要指标。对薄膜激光损伤阈值的准确评价和测定,是判断其激光耐受性能和进行相互比对的基础。通过对激光损伤阈值测试系统误差的溯源分析和计算机模拟,给出了优化测试系统的方向。研究结果表明:在激光光斑确定的情况下,激光能量越高,能量密度的误差越大。因此在满足需要的情况下,应该尽可能选取较低的激光能量。在激光能量确定的情况下,存在一个临界光斑,当小于临界光斑时,能量密度误差变化非常剧烈,光斑越小,能量密度误差越大。测试系统的激光光斑大于临界光斑时系统的误差较小,小于临界光斑时系统的误差急剧变大。因此,在激光损伤阈值测试系统中,应该优选临界光斑或者大于临界光斑。激光损伤阈值拟合产生的最大误差为最大能级的激光能量误差,因此要尽可能降低激光器的脉冲能量。由此可见,设计合理的系统参数,可以最大程度降低测量结果的不确定度。     

聚焦激光束焦点光斑尺寸与样品剥离阈值的同时测量

当聚焦激光束在焦平面上的光强分布为高斯分布时,理论推导了激光能量与激光在样品表面所烧蚀的坑洞半径的关系。以铝箔、铝反射镜和热敏相纸为样品,用显微镜测量出不同能量的脉冲激光在样品表面烧蚀的坑洞半径并通过数值拟合来实现对聚焦激光束的焦点光斑尺寸和样品剥离阈值的同时测量。对于脉宽为15ns、波长为532nm的激光,测得铝和热敏相纸的剥离阈值分别为2.5J/cm2和0.25J/cm2。光斑尺寸和剥离阈值两个参量的测量误差均约为±10%。该技术能够同时且简便地测量出聚焦激光束焦点的光斑尺寸和样品的剥离阈值,对研究固体与激光相互作用以及评价激光束聚焦的特性有一定的应用价值。     

激光对光伏探测器真空破坏的实验研究

为了进一步研究激光对光电探测器的损伤破坏特性,以损伤面积和开路电压的变化为判断标准,实验研究了真空环境与大气环境中,脉冲激光辐照对光伏型探测器的破坏特性。选用无覆盖层的2CR 10×2.5四象限硅光电池作为探测器试件,辐照光源为波长1064nm的Nd:YAG脉冲激光器。分析讨论了真空及大气环境下,单脉冲及多脉冲激光打击时,光伏型探测器的破坏阈值及破坏形貌的区别及其成因。实验分析比较了不同环境下的破坏面积异同及其对光伏型探测器的影响。结果表明,真空环境中的破坏阈值明显低于大气环境,在本文中的实验条件下,其实际阈值约为大气中的40%。该研究在光电对抗及有效防护等方面有重要意义。     

不同工艺条件下TiO2单层膜的吸收和损伤阈值测试

利用电子束热蒸发技术在不同氧分压和烘烤温度下镀制了一系列TiO2单层膜,采用表面热透镜技术测量了样品在1064nm处的弱吸收值,并用激光损伤测试平台测量了样品的抗激光损伤阈值(LIDT)特性。实验结果表明较高的氧分压和较低的烘烤温度能显著减小薄膜的吸收值。不过薄膜在基频下的损伤阈值除了受到薄膜吸收值的影响外,还取决于基底表面的杂质密度,当薄膜吸收较大时,本征吸收对损伤破坏起到主要作用;随着薄膜的吸收逐渐减小,基底表面处的缺陷吸收逐渐取代本征吸收成为影响薄膜损伤阈值的主导因素。     

0.532 μm激光小光斑扫描预处理光学薄膜的研究

围绕着激光预处理的增强机理和具体工艺,进行了小光斑扫描处理的实验探索,对０．５３２μｍ波长预处理的实验结果进行了分析,进一步证实了激光预处理对改善光学薄膜质量、提高光学薄膜损伤阈值的有效性和可行性,并从实验角度给予了一定的分析解释。     

基底亚表面裂纹对减反射膜激光损伤阈值的影响

利用化学沥滤技术,分析了亚表面裂纹对基底表面和减反射膜激光损伤阈值(LIDT)的影响。通过去除或保留研磨裂纹,获得了亚表面裂纹数密度有明显区别的两类基底。为了凸出亚表面裂纹层的作用,基底采用化学沥滤去除另外一种可能的影响因素,即再沉积层中的抛光杂质。然后采用电子束蒸发镀制HfO2/SiO2减反射膜。355nm激光损伤阈值测试结果和损伤形貌分析证实了基底亚表面裂纹对减反射膜抗激光损伤能力的负面影响。根据熔石英基底抛光表面的烘烤现象,提出了亚表面缺陷影响膜层激光损伤的耦合模型。     

三种不同后处理方式对ZrO2薄膜性能的影响

采用有氧热处理、激光预处理和离子后处理三种方式对电子束蒸发(EBE)制备的单层ZrO2薄膜进行了后处理,并分别对样品的光学性能和抗激光损伤阈值(LIDT)特性进行了研究.实验结果表明,热处理方式可以有效排除膜层内吸附的水气,弥补薄膜制备过程中的氧损失,使得光谱短移、吸收减小、损伤阈值增高;激光预处理过程可以在一定程度上减少缺陷、提高损伤阂值,但对膜层的光谱和吸收情况没有明显的改善作用;而离子后处理能够提高膜层的堆积密度、减少缺陷、降低吸收从而提高损伤阚值.由于三种方式处理机制不同,在实际应用中应根据膜层的性能选择合适的处理方式.     

高损伤阈值双色膜

结合双色膜的驻波场分布优化膜系设计,以电子束蒸发的方式制备了1 064 nm高透过、532 nm高反射的HfO2/SiO2双色膜。采用1-on-1方式测量了双色膜在基频透过光和倍频反射光的辐照下的损伤阈值,为了研究双色膜在基频和倍频下的损伤机制差异,对比了双色膜不同的初始损伤形貌并分析了其形成原因。针对损伤机制的差异,研究了外层驻波场分布对于倍频反射光辐照下的双色膜损伤特性影响以及氧化硅内保护层对于基频透过光的损伤特性的影响。实验结果表明:氧化硅内保护层和驻波场优化有助于提高双色膜在基频光和倍频光辐照下的激光损伤阈值,并对其机理做了分析。     

激光预处理中薄膜损伤形貌对预处理效果的影响

采用亚阈值激光能量对光学元件进行激光预处理后,其损伤阈值可以提高两三倍。在激光预处理过程中,不可避免地会使光学元件产生损伤,若产生的损伤不影响光学元件的使用性能,则原则上可以接受。首先介绍了HfO2/SiO2多层高反膜S-on-1损伤阈值测试方法,实验研究了激光预处理过程中光学薄膜元件的损伤过程,分析了预处理过程中薄膜损伤形貌对其光学性能及抗激光损伤阈值的影响。结果表明,对膜系为G/（HL）11H2L/A的HfO2/SiO2多层高反膜进行激光预处理,最外层SiO2层的破坏不影响薄膜整个反射率曲线。相反,由于消除了HfO2层的节瘤缺陷,薄膜的损伤阈值得到大幅度的提高。     

预处理效应对1 064 nm 反射膜本征损伤性能的影响

激光预处理技术能够有效提升光学元件的激光损伤阈值。以1064nm 波长作用下的HfO2/SiO2高反射薄膜为研究对象,研究了单一能量密度梯度和多能量密度梯度的N-on-l、R-on-l和光栅扫描激光预处理技术对薄膜本征损伤性能的影响,并采用1-on-1测量方法对不同预处理技术的预处理效果进行了对比分析。实验结果表明:1-on-1测量曲线中的损伤几率数据、拟合直线参数以及损伤阈值的相对不确定度能够比较全面地反映测量结果的重复性;N-on-1方式下多能量密度梯度的预处理效果要优于单一能量密度梯度,但多梯度之间以及单一梯度之间的效果差异并不明显;当薄膜的零几率损伤阈值难以继续提升时,继续增加能量密度梯度将仅能改善薄膜非零损伤几率的性能。     

不同场强分布的1064nm激光减反膜损伤特性

设计了两种具有不同场强分布的1 064nm减反射膜结构,即G/H3L/A和G/M2HL/A。采用离子束辅助沉积技术,在K9基底上制备了薄膜,并对薄膜在强激光下的损伤斑形貌及损伤阈值(LIDT)进行了测量。研究结果表明:薄膜的场强分布不同,其抗强激光的能力也不相同。当两种膜系的电场强度(归一化电场强度平方)在薄膜-空气界面处分别为1.039和0.906时,对不同的激光能量(180,150和120mJ),样品G/H3L/A的表面破损斑尺寸均大于样品G/M2HL/A;两种薄膜的激光损伤阈值分别为12.3J/cm2和14.8J/cm2(激光波长为1 064nm,12ns)。这说明,较小的薄膜-空气界面电场强度,有利于激光损伤能力的提高。因此,对于减反射薄膜,在膜系设计时,采用合理的场强分布,降低薄膜-空气界面的电场强度,可以有效改善薄膜的激光损伤特性。     

激光清洗轮胎模具表面橡胶层的机理与工艺研究

研究了运用脉冲激光清洗橡胶轮胎印字模具表面橡胶层的工艺参数与机理.结果表明,工艺参数适当时,脉冲激光能完全清洗模具表面而不损伤基体.激光清洗存在着清洗阈值和损伤阈值.在起始清洗阈值和完全清洗阈值之间,清洁率随着激光能量密度的升高而增大.在完全清洗阈值与损伤阈值之间,基体表面清洁率保持100%而且不受任何损伤.激光清洗橡胶的机理有二:一为激光产生的高温导致橡胶表层瞬间燃烧和气化;二为橡胶深层受热振动和激光脉冲的热冲击作用使铝片表面橡胶颗粒飞溅.     

色分离光栅激光诱导损伤特性实验研究

对色分离光栅(CSG)在10 64nmNd YAG激光辐照下的损伤特性进行了实验研究。研究表明,湿法刻蚀CSG的损伤阈值比干法刻蚀的高,刻蚀面的损伤阈值比非刻蚀面的损伤阈值大,激光入射表面选择影响光栅面和非光栅面的损伤阈值,从非光栅面入射,这两个面的损伤阈值都比从光栅面入射的高。