液晶光学器件的近红外激光损伤研究进展

液晶光学器件在激光聚变、光电对抗、激光雷达、激光通信等领域的应用面临着近红外高功率激光辐照失效的风险。在介绍液晶光学器件基本结构和基本工作原理的基础上,按照液晶光学器件的组成,依次对构成液晶光学器件的导电膜、取向膜、液晶材料,以及整体液晶光学器件在近红外激光辐照下的损伤特性及机制的研究进展进行了综述。     

ITO薄膜电极激光损伤形貌的多重分形研究

液晶光学器件中液晶分子的转动由施加在ITO薄膜电极间的电场来控制,ITO晶体结构中空穴和自由电子与强激光的相互作用,使ITO薄膜电极成为液晶光学器件结构中激光损伤的薄弱环节.为探索ITO薄膜电极的激光损伤机制,使用原子力显微镜(AFM)对厚度约为10nm的ITO薄膜的表面形貌进行了测量.采用多重分形理论,定量分析了薄膜表面粗糙度及微孔洞分布情况,对薄膜在脉冲宽度为10ns,能量分别为50mJ、lOOmJ、200mJ激光辐照下所获得薄膜的表面粗糙度分布情况进行比较分析,结果显示,随着激光功率的增加,多重分形谱的谱宽△a呈增大趋势,且△f为负值,表明ITO.薄膜表面粗糙度增大并形成微孔洞缺陷.     

大口径近红外激光液晶波片研制

介绍了液晶光学器件在高功率激光装置上的应用,设计并制作了通光口径为50mm×50mm的1053nm红外液晶λ/4波片,测量了液晶波片的液晶层厚度、位相延迟和激光损伤阈值.初步验证了液品波片在高功率激光装置上应用的可行性.     

几种紫外薄膜材料的光学及损伤特性分析

为进一步改善大型固体激光器3倍频用薄膜的光学及损伤特性,利用不同的测试方法系统对比研究了电子束蒸发方式制备的几种紫外薄膜的光学常数、晶体结构、表面粗糙度以及弱吸收和其激光损伤特性间的相互关系。研究表明:薄膜的弱吸收和其禁带宽度共同制约了其激光损伤阈值,而薄膜因晶相结构的产生而增大的表面粗糙度对其激光损伤阈值无影响。大弱吸收的薄膜其损伤表现为非常微小的吸收点向外扩张构成的较大的破坏点,而低弱吸收的薄膜其损伤则表现为瞬间吸收引起大的损伤。     

无机激光热刻蚀材料的研究进展

激光热刻蚀技术是近年发展起来的利用激光热刻蚀薄膜的热变化阈值特性突破光学衍射极限进行纳米图形制备的新技术,在亚波长纳米结构器件和高密度光盘母盘制造等领域具有广阔的应用前景.阐述了激光热刻蚀技术的基本原理和特点,以及对激光热刻蚀材料性质的要求,综述了相变型激光热刻蚀薄膜材料(包括硫系相变薄膜材料、金属亚氧化物薄膜材料和陶...     

用于全固态355 nm紫外激光器的三波长高反膜

为了提高激光损伤阈值,采用离子束辅助电子束成膜的方法制备具有355,532,1064 nm三个波长的高反膜.首先使用Lambda950型分光光度计对薄膜样品的光谱性能进行测试,然后验证不同的基底材料及不同的基底清洗工艺对薄膜激光损伤阈值的影响,最后在不同的工作真空度下对薄膜的弱吸收能力和激光损伤阈值等进行较为系统的研究,分析薄膜的弱吸收能力与激光损伤阈值之间的联系.结果 表明,三个波长下的反射率均满足全固态355 nm紫外激光器所要求的光学性能指标,当工作真空度增加到一定程度时,薄膜的激光损伤阈值与弱吸收值不再是对应的关系,而是存在一个最佳值,说明该高反膜可以用于全固态355 nm激光器中的反射镜.     

聚合物分散液晶薄膜中随机激光辐射的实现

设计制作染料掺杂聚合物分散液晶薄膜激光器件,研究随机激光辐射行为。利用微胶囊法将激光染料、向列相液晶、手性剂、聚乙烯醇混合,制备掺杂两种激光染料的聚合物分散液晶薄膜。利用输出激光532 nm的Nd:YAG倍频脉冲激光器进行泵浦,在582～607 nm波段获得尖锐、离散的随机激光输出,阈值能量约为9 mJ,线宽约为0.3～0.4 nm。对于器件产生激光辐射的机制,利用环形腔理论进行了分析。对比掺杂单种激光染料的聚合物分散液晶薄膜激光器件,实验结果显示,同时混合不同类型的激光染料制备的聚合物分散液晶薄膜,能够实现较宽波段的随机激光输出。     

液晶光学相控阵在高功率激光应用中的研究进展(特邀)

综述了液晶光学相控阵器件在高功率激光应用方面的研究进展。从器件的实现原理出发,阐述制约器件在高功率应用的原因,并基于器件的多层结构,着重介绍了各个功能膜层对高功率激光的耐受情况,并详细介绍透明导电层、配向层、液晶层的最新研究进展;同时,针对器件工作模式和散热结构对高功率的约束关系进行详细分析,并综述相关的研究进展。     

脉冲激光诱导TiO2/SiO2薄膜表面损伤性能实验

高功率的激光系统对光学元件的抗激光损伤性能的要求不断提高。主要研究薄膜在脉冲激光诱导作用下的损伤特性及其机理,实验采用YAG脉冲激光器对TiO2/SiO2薄膜样片进行1-on-1方式的激光诱导。实验结果表明:采用低能量激光诱导对薄膜的光学透过率影响不大。经低能量激光诱导后,薄膜的表面结构缺陷得以修复,表面结构趋于完整,变得均匀和细腻。脉冲激光诱导TiO2/SiO2薄膜样片,激光能量阶较小时,其损伤阈值随能量增加而增加,损伤阈值最大可增加1倍;激光能量阶较大时,其损伤阈值随能量增加而减小。     

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。     

脉冲激光对石英基底Ta2O5/SiO2滤光膜的损伤效应研究

随着高能激光系统的发展,对光学薄膜抵抗激光损伤能力的要求越来越高,而激光脉宽是脉冲激光对薄膜损伤行为的重要影响因素。针对Ta₂O₅/SiO₂多层膜,基于1-on-1测试方法,分析其在飞秒、皮秒、纳秒激光作用下的损伤特性。测得800 nm飞秒激光作用下的损伤阈值为1.67 J/cm₂;532 nm和1 064 nm皮秒激光作用下的损伤阈值分别为1.08 J/cm²和1.98 J/cm²;532 nm和1 064 nm纳秒激光作用下的损伤阈值分别为9.39 J/cm₂和21.57 J/cm₂,并使用金相显微镜观察了滤光膜的损伤形貌。实验结果表明：飞秒激光对滤光膜的损伤机理主要是多光子电离效应,而皮秒和纳秒激光对滤光膜的损伤机制主要是热效应。滤光膜在飞秒激光作用下的损伤阈值与皮秒激光作用下的损伤阈值相当,纳秒激光作用下的损伤阈值要高一个数量级,透射通带外损伤阈值约为通带内损伤阈值的2倍。     

重频光脉冲对半绝缘GaAs光导开关损伤分析

通过波长为1 064 nm的重频激光光脉冲触发半绝缘GaAs光导开关损伤测试实验,观察脉冲激光触发过程中光电导开关电阻率的变化,对比低重频(1 kHz)和高重频的激光脉冲对GaAs光电导开关芯片的损伤阈值,分析了不同重复频率的激光脉冲引起光导开关芯片材料光损伤的主要原因,并探讨了损伤机理。研究表明,在重复频率激光作用下GaAs光导开关芯片材料的破坏阈值比在单脉冲作用下低,且不同重复频率的激光辐照下材料表面的温升速率不同。当激励光脉冲重复频率较低(1 kHz)时,芯片内的温升效应不显著,此时光损伤与重复频率无明显依赖关系,主要损伤机制为微损伤累积;而当重复频率较高时,开关材料内热积累引起的损伤占主要地位。     

高重复频率DPL 激光对光学薄膜元件损伤实验研究

光学薄膜的高重频激光损伤特性一直是激光薄膜研究者的重点。为了分析光学薄膜在高重频激光辐照下的损伤特性,探究其损伤机理,文中从实验出发,研究了重复频率10 kHz DPL 激光对光学薄膜元件的损伤特性。结果表明,修正膜层内的驻波场分布,降低膜层内高折射材料中的驻波场峰值可以提高高重频激光损伤阈值;从激光损伤形貌与辐照激光功率的关系上看,在高重频激光辐照下光学薄膜元件的损伤实质上是热效应和场效应共同作用下产生的微损伤累积放大所造成的。当薄膜吸收率较小时,损伤主要表现为场效应所致的微损伤累积放大,当薄膜吸收率较大时,损伤主要表现为热效应所致的微损伤累积放大。     

用于KDP晶体保护的AF2400-SiO2疏水光学薄膜

在惯性约束聚变(ICF)装置中大量使用具有变频特性的水溶性磷酸二氢钾(KDP)类晶体材料。在KDP晶体上镀制薄膜材料成为保护KDP晶体的有效措施。以正硅酸乙酯(TEOS)为原料,采用溶胶-凝胶法和提拉方式制备膜厚λ/4的增透膜,再采用具有高憎水特性、高透射率、低折射率的氟聚合物AF2400在FC-75的可溶解特性,在SiO2增透膜上旋涂AF2400防潮膜。对薄膜的表面形貌、疏水性能、光学性能和抗激光损伤阈值等进行了测试。结果显示,AF2400-SiO2复合光学薄膜表面平整,折射率为1.21,疏水角可以达到110°~120°,抗激光损伤阈值为19.5 J/cm2,是性能优良的疏水光学薄膜,可用于三倍频晶体KDP的保护。     

高损伤阈值激光反射镜的设计方法

为了提高激光反射膜的光谱特性和抗激光损伤特性,提出了一种高损伤阈值激光反射镜的设计方法：采用HfO2-Nb2O5-SiO2多材料混合膜系结构,利用Nb2O5-SiO2折射率差值大的特点,在较少的膜层数下达到高反射率要求;利用HfO2-SiO2组合具有高的抗激光损伤特点,在Nb2O5-SiO2膜堆的最外部分叠加HfO2-SiO2膜堆,取长补短,做到采用较少的膜层数,达到高反射率要求,同时提高薄膜的抗激光损伤能力.该方法能灵活有效地按照不同膜系要求进行材料组合,具有很高的实用价值,达到工程最优化设计.     

基于液晶/聚合物光栅选频的高效率有机半导体激光器

报道了一种基于液晶/聚合物光栅选频的高效率有机半导体激光器的制备方法。首先在一片玻璃基板上旋涂有机半导体荧光薄膜MEH-PPV作为增益介质,然后在其上通过光场中的定域光聚合制备液晶/聚合物光栅,形成分布式反馈(DFB)有机半导体激光器。激光出射阈值0.32μJ/pulse,斜率转化效率高达7.8%,呈现良好的s偏振特性。采集了激光束的光斑,轮廓清晰,呈现扇形结构。通过改变光栅周期,实现了53.4nm激光出射范围。本工作为新型有机激光器的制备提供了有益的指导和借鉴意义。     

532nm激光对光学薄膜的损伤

本文报导了532nm激光对光学薄膜的激光损伤和多脉冲损伤的积累效应,研究了激光预辐照对光学薄膜损伤阈值的影响.