激光处理GaN薄膜的研究

通过激光损伤实验,报道了GaN薄膜10.6μm CO2激光的损伤阈值是64 J/cm2;为了改善GaN薄膜质量,对其进行了10.6μm CO2激光辐照处理,结果表明,处理后GaN薄膜的缺陷密度明显降低.并对机理进行了分析.     

利用CO2激光预处理提高熔石英基片的损伤阈值

为了提高熔石英基片对351nm短波长激光的损伤阈值,采用光栅式扫描方式,利用CO2激光器输出10.6μm波长的激光,对氢氟酸蚀刻后的小口径熔石英基片表面进行功率周期递增的辐照扫描。结果表明,经过CO2激光预处理后的熔石英基片,表面微观形貌得到了有效改善;利用S:1的方法测量熔石英基片损伤阈值。结果发现,在中度激光抛光的程度下,其零概率损伤阈值提高了30%左右,且对透射波前没有造成不利影响,从而证明了CO2激光预处理提高熔石英基片抗激光损伤能力的有效性。     

远红外光学薄膜的热特性研究

本文采用表面热透镜技术对10.6μmCO2激光辐照下的样品微弱吸收进行了研究,并对实验结果进行了分析。对10.6μm激光辐照下光学薄膜样品中的温度场进行了数值模拟,应用夏克—哈特曼波前传感器对几种不同的基底材料和光学薄膜在10.6μm激光辐照下的热畸变进行了测量。     

大纤芯红外带隙型光子晶体光纤研究

针对一般红外光纤存在材料损耗高、制备工艺复杂、传输性能和输出光束质量差等问题,提出了一种适合CO2(二氧化碳)激光传输的新型大纤芯红外PBG-PCF(光子带隙型光子晶体光纤),该光纤由三角形结构光子晶体在中心抽掉19根毛细管空气孔形成大纤芯。利用PWM(平面波展开法)分析得到了传输波长为10.6μm的CO2激光的光纤带隙图;再利用基于全矢量有限元法的仿真软件COMSOL Multiphysics分析其损耗特性。结果表明,这种结构的PBG-PCF与现有的红外光纤相比,传输10.6μm CO2激光时的损耗更小,约为0.08dB/km,可满足医用传输大功率CO2激光的需要。     

CO_2激光辐照对熔石英表面形貌与应力分布的影响

采用不同光斑直径的10.6μm CO2激光束对熔石英表面损伤进行辐照处理。实验发现,对于50μm以下的损伤点,单发激光脉冲辐照即可使得激光损伤阈值恢复到基底完好区域的水平,对于在50~300μm之间的损伤点,采用低功率较长时间辐照后逐渐增加功率修复的方式可以彻底消除材料内部更深的裂痕。对不同尺寸光斑辐照后的应力分布研究表明,激光束尺寸、激光功率和激光作用时间是影响材料体内应力分布的主要因素,相比较而言,激光尺寸对应力分布的影响更为明显。对前后表面损伤分析表明,当辐照区域置于入射面时,辐照带来的微小环状凸起会造成后表面环形调制损伤,是损伤的最薄弱环节,当辐照区域置于后表面时,烧蚀主要影响阈值的整体提升。     

CO2激光辐照下光学薄膜的温度场与热畸变

介绍了光学薄膜温度场的基本理论,利用交替隐型技术,对10.6μm激光辐照下介质薄膜的温度场分布进行了数值模拟和理论分析。在此基础上,利用夏克-哈特曼波前传感器对介质基底样品、不同厚度的介质单层膜样品以及不同膜系的YbF3/ZnSe介质多层膜样品在10.6μmCO2激光辐照下的热畸变进行了实验研究。研究结果表明,激光辐照下光学薄膜样品的温度场分布与辐照激光的光场分布、激光功率以及激光的辐照时间等因素有关。对于10.6μm激光而言,Ge最适宜做基底材料。     

熔石英表面缺陷的CO2激光局部修复技术

熔石英材料因加工产生的表面缺陷是造成其在实际应用过程中抗激光损伤能力下降的主要原因.利用CO<,2>激光对石英表面特征缺陷进行定点局部高温熔融修复的技术研究,结果发现这种熔融修复可明显减小熔石英表面缺陷尺度并改善缺陷内结构质量.通过对修复后的表面缺陷进行损伤阈值考核发现,熔石英表面200 nm深度左右的划痕在修复后损伤阈值提升1倍左右,横向尺度10～100μm内的表面初始坑状损伤点的损伤扩展阈值和相同辐照通量下的抗辐照次数也获得明显提高,从而证实了利用CO<,2>激光局部定点修复以提高熔石英负载能力、延长使用寿命的可行性.     

用于CO2激光传输的10.6μm波段空心布拉格光纤

空心布拉格光纤是具有一维光子晶体(1DPC)包层和空心芯区的新型光子带隙光纤。针对它在CO2激光传输中的应用,设计和制备了传输波段中心波长在10.6μm的空心布拉格光纤样品。利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)可以观察到光纤样品在10.6μm具有明显的透射峰。使用CO2激光,通过截断法测量得到光纤样品在10.6μm的传输损耗为2.35dB/m。测量了不同弯曲曲率下光纤样品的弯曲损耗,结果表明弯曲损耗系数随曲率的增大而线性增长。在接近光纤输出端处,弯曲半径为10cm的光纤90°弯曲引入的附加损耗约为2dB。实验结果论证了光纤样品的CO2激光低损耗传输特性,展现了空心布拉格光纤在提升CO2激光操作灵活性上的应用潜力。     

激光辐照锑化铟红外探测器的热应力损伤研究

通过介绍锑化铟红外探测器的基本构成及其材料热力学相关特征,阐述了激光辐照锑化铟红外探测器造成的损伤机理,采用有限元分析法,分析相关的辐照环境和条件并建立了一种三维仿真模型。仿真模拟了波长为10.6 μm的CO2激光辐照锑化铟红外探测器时各部分的温度变化及应力变化情况,通过数值分析比较了在光斑面积一定的情况下经过不同功率的激光辐照后锑化铟探测器表面径向及内部轴向发生的温度场变化及应力场变化;探测器表面应力值经过106 W/cm2的激光辐照后很快达到最高点,造成损伤,锑化铟与铟柱接触部分的应力值随光斑半径大小不同而有所变化。将锑化铟探测器材料的应力损伤阈值及变化趋势同已有实验数据进行对比,验证了模型的精确性。     

10.6μm激光辐照碲镉汞红外探测器热损伤研究

研究了Hg Cd Te红外探测器的结构以及材料特性,阐述了激光损伤Hg Cd Te红外探测器的机理,建立了Hg Cd Te红外探测器三维仿真模型,利用有限元分析法,对10.6μm CO2激光辐照Hg Cd Te探测器的温度变化情况进行了仿真,并通过参考已有文献的实验数据,验证了模型的准确性。当Hg Cd Te探测器受到峰值功率密度为5×107 W/cm2的单脉冲激光辐照时,Hg Cd Te晶体的Hg离子开始析出,探测器性能降低,并不可恢复;当激光峰值功率为108 W/cm2,探测器Hg Cd Te晶体开始出现熔融现象,此时激光能量密度为1 J/cm2;当激光峰值功率为2×108 W/cm2时,铟柱达到熔融温度,探测器会出现铟柱脱落现象,被彻底损坏。     

光子晶体隐身应用分析

激光隐身和红外隐身的兼容是现代战场的迫切需求,但是二者对材料的要求是相互制约的,利用掺杂光子晶体的缺陷能级形成的“光谱挖孔”结构可以很好地解决这一难题。利用薄膜光学理论中的特征矩阵法计算了设计的掺杂ZnSe的CdSe/SiO2光子晶体薄膜的反射、透射和吸收光谱,计算结果表明掺杂光子晶体能够很好的满足热红外与1.06μm或10.6μm激光隐身兼容的要求。指出掺杂光子晶体的缺陷能级是由高透射引起的低反射,并不满足激光隐身的实际要求,解决方法是在光子晶体薄膜的基底中引入吸收材料,从而把缺陷能级透过的激光吸收掉。     

10.6μm连续波激光对MgF_2材料的破坏效应

研究了10．6μm连续波激光辐照下MgF2材料的破坏效应。MgF2晶体试件直径50mm，厚8mm，表面为光学面。实验用CO2激光器输出功率100～1000W可调。实验表明，不同的激光辐射功率对MgF2试件产生的破坏效应也不同。本文对破坏过程的物理现象进行了观察和分析．     

高重频CO2激光对Hg0.826Cd0.174Te晶体的损伤

开展了HgCdTe 晶体的多脉冲热损伤问题的实验研究。采用形貌学方法对脉宽为300 ns 重复频率可调的CO2 激光器对Hg0.826Cd0.174Te 晶体的损伤阈值进行了实验测量,并建立了高重频脉冲CO2 激光辐照Hg0.826Cd0.174Te 晶体的三维热传导理论模型,分析了激光重复频率和辐照时间对晶体损伤特性的影响。研究表明:300 ns 的CO2 激光辐照时间大于10 s时,Hg0.826Cd0.174Te 晶体的损伤阈值不随辐照时间的增加而改变,其损伤阈值为1.421 4103W/cm2;激光重频对晶体的损伤阈值的影响较小,损伤阈值主要取决于辐照激光的平均功率密度。SEM 损伤结果显示:晶体损伤为热熔损伤,表面未发现由热应力造成的裂缝。理论模型获得的损伤数据和温升规律支持实验结果。该研究可为高重频CO2 激光应用、激光防护等提供参考。     

红外激光与生物体相互作用机理研究

激光辐照产生的生物效应,从分子遗传学角度看,对激光波长的选择应该是以紫外激光(波长266nm)为最佳;可是从激光育种的实践看,激光对各种作物的种子等进行辐照,以CO_2激光(10.6/μm)和远红外激光(118.8μm,447.21μm)的辐照效果最     

二氧化碳激光与光子晶体光纤耦合的研究

文章以CO2激光器为光源,使用透镜耦合,将激光耦合到光纤并对这种耦合进行了研究。运用 ZEMAX软件对 CO2激光光源与光纤模型进行建模分析,并设计了一种新型的可用于传输10.6μm CO2激光的低损耗带隙型红外光子晶体光纤,运用结构参数r1=11.39 mm、r2=-25.43 mm、透镜厚度为3 mm、有效焦距BFL=11.16 mm的硒化锌透镜进行耦合,得到束腰与透镜的距离为1102.50 mm,像方束腰到透镜的距离为17.30 mm,耦合值为94%。     

激光辐照对LCMO薄膜结构和电输运特性的影响

利用脉冲激光溅射沉积技术,在SrTiO3(001)单晶衬底上外延生长了La0.67 Ca0.33 MnO3(LCMO)薄膜.采用CO2激光对制备的薄膜辐照10～60 s.利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和电阻-温度测试系统对激光辐照前后的薄膜进行了对比分析.结果显示,CO2激光辐照增强了LCMO薄膜的结晶性,使薄膜呈现出类似"平原"的表面结构并降低了表面粗糙度.与传统的高温退火类似,经CO2激光辐照后,样品的电阻率从1.3 mΩ·cm下降到0.5 mΩ·cm,绝缘态-金属转变温度(Tp)和温度电阻系数(TCR)分别从255 K和7.9%·K-1提高到263 K和18.7%·K-1.研究结果表明,CO2激光辐照能够在极短的时间内改善LCMO薄膜的O含量和晶粒间的连通性,从而优化和提高了薄膜的电输运特性.     

高重复频率CO_2激光重复频率大小对HgCdTe晶体温升及损伤特性影响分析

为深入分析高重复频率CO2激光对HgCdTe晶体的损伤机理,开展了高重复频率CO2激光对HgCdTe晶体的温升实验,测得了不同激光重复频率(1、5、10kHz)下HgCdTe晶体的温升过程,建立了高重复频率CO2激光辐照HgCdTe晶体的理论模型,分析了激光重复频率对晶体温升特性的影响;利用ANSYS有限元软件计算了热损伤时HgCdTe晶体的温升值和热应力大小,并结合损伤形貌分析了激光热应力对HgCdTe晶体损伤的影响。研究结果表明,高重复频率CO2激光长时间辐照下,晶体表面温度随着辐照时间的增加而升高,辐照10s时,Hg0.826Cd0.174Te晶体基本达到热平衡,热平衡温度为77℃;重复频率大于1kHz时,激光重复频率的大小对HgCdTe晶体温升特性的影响较小,晶体表面温度主要由激光平均功率密度来决定;激光热应力对HgCdTe晶体的损伤特性影响较小,Hg0.826Cd0.174Te晶体熔化时的最大热应力为5×107Pa,该值远小于晶体的极限应力。该研究将对高重复频率CO2激光在激光防护等方面具有一定的参考价值。     

CO2激光辐射对水及水溶液物性的影响

研究10.6μm波长的CO2激光辐射对水及水溶液物性的影响.实验结果表明,红外激光辐射对蒸溜水及电解质水溶液的表面张力有一定诱变作用,并且使蒸馏水的电导率明显增大.     

红外非线性晶体GaSe的合成、生长与性能

针对高品质红外非线性晶体GaSe难以生长、加工的问题,研究了垂直布里奇曼法籽晶定向生长技术。制备出20 mm×50 mm完整单晶,探索了加工工艺,对样品进行了粉末衍射,能谱等测试,晶体在1.06~15μm波段吸收系数约为0.05~0.16 cm-1,完整性、光学质量均较好。演示了9.3~10.6μm波段的CO2激光倍频实验,输出4.65~5.3μm对应倍频光。     

低功率CO2激光辐照对多层石墨烯结构的影响

在真空环境下使用不同功率密度的CO2激光对化学气相沉积法(CVD)生长的石墨烯进行辐照,通过研究辐照前后的拉曼光谱变化考察了激光功率密度及辐照时间对多层石墨烯结构的影响。结果表明,当功率密度较低(13W/cm2)时,石墨烯拉曼光谱中的D峰降低,2D峰增强,石墨烯内的掺杂、缺陷减少。随着功率密度的增加,石墨烯的缺陷增多,部分缺陷连接形成晶界,使石墨烯分解为纳米晶。在58 W/cm2的功率密度下,当作用时间为120s时,在石墨烯表面产生非晶碳。研究表明,适当参数的CO2激光辐照能改善石墨烯的内在性能。