熔石英光学元件纳米划痕亚表面损伤特性

为了实现熔石英光学元件激光损伤阈值的提升,本文分析了划痕对熔石英激光损伤的影响,利用纳米压痕实验区分塑脆划痕,通过时域有限差分(FDTD)算法仿真给出不同深度、不同宽深比的划痕对光场调制的影响结果,最后选取典型划痕进行R-on-1激光阈值测试实验.结果表明,深度在53 nm以下的塑性划痕对激光损伤无影响,处于塑脆转变阶段的划痕有一定几率诱导损伤,脆性划痕处损伤阈值远远低于基底阈值,仅为基底阈值的43.1%,是降低光学元件激光损伤阈值的重要因素.实验数据与理论仿真具有一致性.     

不同化学蚀刻法对石英基片激光损伤阈值的影响

为提高三倍频光学元件的表面损伤阈值,采用了不同方式对石英基片进行酸蚀刻,利用原子力显微镜观测了基片蚀刻前后的表面微观形貌,并在激光损伤测量装置上进行了R:1方式的阈值测试,比较分析了蚀刻前后基片激光损伤阈值和表面形貌的变化,并比较了不同抛光质量石英基片蚀刻效果的差异.通过实验研究,总结了不同蚀刻方式的优缺点,研究表明酸蚀刻法可以有效提高石英基片激光损伤阈值.     

熔石英在3ω激光下输入输出面的阈值分析

在紫外激光条件下对熔石英样品输入输出面进行了损伤阈值测试,测试结果表明熔石英样品输入面损伤阈值是输出面的1.25倍.其损伤形貌基本表现为小麻孔聚集和烧蚀疤痕,表明其损伤由激光驻波场和烧蚀共同引起,并用激光压力模型对其损伤机理进行了分析.     

不同周期膜系结构对1064nm高反膜的激光损伤阈值的影响

基频高反膜元件由于较易受到激光损伤而严重影响激光系统正常工作,因此研究高反膜的激光损伤原因及损伤机理成为一个急需解决的问题。本文搭建激光损伤阈值测试平台,对不同周期膜系结构的1064 nm激光高反膜的激光损伤阈值的影响进行了研究。研究结果表明,相比较于G|(LH)~9L|A膜系,G|(HL)~9L|A这种周期结构的薄膜的激光损伤阈值较高,且损伤形貌以熔融型为主。     

熔石英元件抛光加工亚表面缺陷的检测

亚表面缺陷的准确检测是进行亚表面损伤研究的前提和基础,对保证光学元件加工质量至关重要.基于HF酸化学蚀刻法对熔石英元件抛光加工产生的亚表面水解层、缺陷层深度和亚表面损伤形貌进行了定量检测,并利用X射线荧光光谱法研究了熔石英抛光试件杂质元素的种类和元素含量沿深度分布规律,提出了熔石英元件抛光加工亚表面损伤深度的判定方法.研究表明:由于水解层和亚表面缺陷层的存在,熔石英抛光试件的蚀刻速率随着时间的增加呈现递减的趋势,且在蚀刻的初始阶段蚀刻速率下降尤为明显;当蚀刻深度超过某一特定值后,全部或部分覆盖在水解层以下的缺陷层将会被完全蚀刻去除,蚀刻速率基本保持不变;另外,熔石英抛光试件存在多种形式的表面及亚表面缺陷,在不同蚀刻深度,亚表面损伤形貌、划痕的宽度和深度也存在一定的差异.     

激光诱导损伤对熔石英玻璃弯曲强度弱化影响及安全设计

激光诱导损伤是导致熔石英真空光学元件突发破裂的根本原因。本工作采用神光-Ⅲ原型装置终端光学组件的熔石英真空光学元件制作了标准样品,统计分析了熔石英玻璃样品表面损伤形貌特征,探究了激光诱导损伤对熔石英玻璃样品弯曲强度的影响。结果表明:激光诱导熔石英玻璃损伤点形貌为典型的半椭球体,损伤点深度随其长度增大呈上升趋势,深度极限基本不超过2mm;损伤点对熔石英玻璃弯曲强度影响非常明显,含损伤点的样品平均弯曲强度仅为不含损伤点样品平均弯曲强度的41%。随着损伤点长度和深度增大,熔石英玻璃的弯曲强度总体呈下降趋势,但当损伤点长度大于15 mm,弯曲强度下降趋势明显缓和,损伤点长深比对弯曲强度无明显影响。熔石英玻璃真空窗口光学元件安全设计,应考虑玻璃弯曲强度离散性及持久应力作用综合影响,且在损伤点位置处的最大弯曲拉应力不应超过其弯曲强度设计值。     

重频脉冲激光辐照光学材料特性的研究进展

综述了重复频率脉冲激光辐照下光学材料特性的研究进展,重点介绍了重频激光辐照下光学材料损伤的规律,发现缺陷造成的亚损伤状态是诱导材料重频损伤的关键。详细阐述了热吸收性杂质模型、化学键断裂模型、色心模型的亚损伤机理,同时介绍了重频工作模式下激光增益介质和倍频晶体的材料特性,展望了重频激光辐照光学材料特性研究的发展和前景。     

化学处理对熔石英表面抗激光损伤阈值的影响

分析了HF酸腐蚀时间对熔石英抗激光损伤阈值的影响.用浓度为4%的HF酸腐蚀15min后,测得熔石英抗激光损伤阈值提高了53.1%,并对其机理作了分析.激光损伤实验使用波长为355nm,脉宽为10ns,频率为3Hz的Nd:YAG调Q激光器测试系统.当泵浦激光辐照熔石英样品表面时,后表面比前表面更容易发生激光诱导损伤,HF酸腐蚀的程度对前后表面抗激光损伤阈值比基本没有影响.对实验样品在HF酸腐蚀前后表面粗糙度的测量结果表明,HF酸腐蚀时间较短时实验样品表面粗糙度基本无变化,如果选用的样品存在较多的表面及亚表面缺陷,当HF酸腐蚀去除掉重沉积层后,表面粗糙度将急剧上升.     

激光辐照对类金刚石薄膜改性及损伤研究

介绍了激光损伤的检测及损伤阈值的测量方法.讨论激光辐照对类金刚石结构和性质的影响规律.并论述不同工作参数的激光对类金刚石薄膜的激光破坏行为及其损伤阈值.在此基础上分析类金刚石薄膜激光损伤的机理.还从物理特性及制备技术方面着手,比较分析金刚石及类金刚石薄膜各自的优缺点和实际应用状况,并提出类金刚石薄膜的应用前景和有待进一步研究的问题.     

不同技术制备DLC膜的激光损伤特性研究

随着高能量大功率激光器的发展和激光元件的广泛应用,用于红外窗口表面增透保护的类金刚石薄膜(DLC)的抗激光损伤特性成为评价薄膜质量优劣的一个重要指标。然而,不同的制备方法和技术沉积的DLC薄膜具有各异的微观结构,从而具有不同的抗激光损伤特性。本文采用脉冲真空电弧(PVAD)和非平衡磁控溅射(UBMS)技术沉积了DLC膜,对两种DLC膜抗激光损伤特性进行了研究,测试结果表明,两种技术沉积的DLC薄膜激光损伤阈值分别0.6 J/cm2和0.3 J/cm2,PVAD技术比UBMS技术沉积的DLC薄膜具有更高的抗激光损伤阈值。基于实验研究了薄膜光学常数和表面形态,分析了两种技术制备DLC膜激光损伤特性差异的主要原因。结果表明,采用UBMS技术沉积的DLC膜具有较小的折射率和较大的消光系数,薄膜表面存在较多的疵病和缺陷,这些是其激光损伤阈值较低的主要原因。     

全球非线性光学材料市场产值将在2015年达10亿美元

据媒体报道,全球工业分析公司发布的最新报告指出:受通信、激光光电子应用的驱动,预计到2015年全球非线性光学材料市场产值将达到10亿美元。极高非线性光学特性材料是具有广泛的科学应用范围的特殊材料,目前市场上存在着多种波长、损伤阈值和光学特性的各式非     

CO2激光对熔石英损伤修复的研究进展

CO2激光对熔石英损伤修复的机理主要是通过激光的热效应使表面发生熔融,对损伤处起到弥合作用使元件的表面结构趋于完整。近几年CO2激光修复的方法按激光扫描方式可以分为光栅式扫描法和振镜扫描法。利用逐渐提高功率的扫描方式可以有效减少修复过程中气泡的产生,用高温退火的方式可以完全消除或者消除大部分修复后产生的应力,这取决于损伤点的尺寸。多种处理工艺相结合的方法可以有效提高修复后的损伤阈值。     

紫外光纤的激光传输特性测试

为适应紫外激光传输需要，试制了高透过紫外石英光纤，设计了实验装置，并测量了该种光纤的紫外传输损耗、弯曲损耗、激光损伤阈值和非线性光学效应，并与普通商用石英光纤作比较。分析并获得了紫外光纤的激光传输特性。     

单晶硅材料的1064nm Nd:YAG脉冲激光损伤特性研究

作为微电子和光电子系统中普遍使用的一种结构材料,单晶硅一直是人们研究的焦点.长期以来,人们对其电学性质进行了非常深入细致的研究,却疏于对其抗击强激光辐照特性的研究.随着激光通讯和光电对抗技术的发展,对光学材料的激光破坏特性和加固技术进行研究的需求也显得越来越迫切.本文主要对单晶硅的抗激光损伤特性进行研究,研究了单晶硅材料在1064nm Nd:YAG激光自由脉冲输出模式和单脉冲输出模式作用下的损伤特性,通过对两种激光作用下单晶硅损伤形貌的分析,在热效应与热力耦合模型的基础上,对单晶硅的激光损伤机制进行了探索.     

飞秒激光辐照对GaAs太阳能电池损伤的试验研究

开展了飞秒激光对GaAs太阳能电池表面辐照损伤的试验研究。研究结果表明,在能量密度0.27J/cm2时,飞秒激光对GaAs太阳能电池表面开始造成损伤,其损伤程度随着激光能量密度的增加而增加;在相同激光能量密度的条件下,其损伤程度随着扫描速度的增加而减小。采用光学显微镜对其表面损伤形貌进行分析发现,其烧蚀面积随着激光能量密度的增大而不断增大,这是因为飞秒激光的光斑能量成高斯型分布。根据烧蚀区域光斑直径与脉冲能量的关系,对GaAs太阳能电池表层TiO2/SiO2薄膜的损伤阈值进行了理论计算,其阈值为0.35J/cm2大于实验测试结果0.27J/cm2。这可能是由于理论计算中对激光光斑模式的简化以及材料特性均化处理等不确定度因素影响的结果。     

辐照对红外熔石英性质的影响(英文)

研究了高能电子、高能质子辐照对红外熔石英性质、光学面形的影响。研究了高能电子对红外熔石英面形的影响 ,结果表明 ,没有明显的面形变化。研究了高能质子对红外熔石英面形、可见和红外反射特性的影响。研究结果表明 ,没有观察到高能质子辐照对红外熔石英面形和反射特性的影响     

金刚石薄膜抗激光破坏研究

介绍了金刚石优异的光学和力学特性,对金刚石薄膜在从紫外到红外波段以及不同脉宽激光参数下的激光损伤行为和损伤阈值进行了评述。分析了不同激光工作参数对金刚石薄膜的激光损伤机理,认为石墨化导致晶格失稳是金刚石薄膜激光损伤的主要原因。金刚石薄膜石墨化有两种方式:垂直表面向体层方向石墨化和平行表面按分层的方式逐层石墨化。     

纳秒激光辐照对类金刚石薄膜的损伤及改性

利用Nd:YAG纳秒激光(波长分别为355、532和1 064 nm)辐照由电子束蒸发技术制备的类金刚石(DLC)薄膜,通过光学显微镜、光学轮廓仪和拉曼光谱仪等分析了辐照后的薄膜样品,结果表明:不同波长的单脉冲激光辐照时,DLC膜的激光损伤阈值不同;同一波长的多脉冲激光辐照时,损伤阈值低于单脉冲辐照阈值;脉冲激光辐照对DLC膜具有改性作用,受辐照薄膜区域表层发生了石墨化、剥落和气化效应,致使DLC膜表面出现了隆起和弹坑,隆起高度和弹坑深度与激光能量密度大小和脉冲个数有关.     

微射流抛光机理仿真及实验研究

为实现193 nm投影物镜光学元件的超光滑加工,介绍了一种非接触式微射流超光滑表面加工方法,对该方法的材料去除特性和超光滑加工效果进行研究.首先,采用计算流体动力学理论对其材料去除机理进行了仿真研究,通过对微射流流场的压力、速度和表面剪切力的分析得到其去除函数形状与表面剪切力的分布相反,呈现W型.随后,采用正交法对各工艺参数对抛光效果的影响进行了综合分析,结果表明材料去除效率随入射速度和磨料浓度的增大而增大,随工作距离增大而减小,并且工作距离具有显著影响,为实验研究中工艺参数的选取提供了指导意义.最后,在自研的微射流抛光机床上对一平面熔石英进行了抛光实验,加工样件表面粗糙度均方根值由初始的1.02 nm降为0.56 nm.实验结果表明,微射流抛光技术可以用于光学元件的超光滑加工.     

制备条件对ZrO2光学薄膜特性的影响

以锆酸丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶工艺,制备了性能稳定的ZrO2溶胶,通过在其中添加有机粘合剂PVP和旋涂镀膜法分别制得了ZrO2薄膜和ZrO2-PVP复合薄膜.用X射线衍射仪(XRD)、椭圆偏振光谱仪、红外分光光度计(FTIR)、原子力显微镜(AFM)等方法研究了不同热处理温度下的ZrO2和ZrO2-PVP复合薄膜的特性,并用输出波长1.06μm、脉宽10ns的电光调Q激光系统产生的强激光进行辐照实验,测试其激光损伤阈值,观察其损伤形貌.实验发现,经过粘合剂添加能很好地提高薄膜的激光损伤阈值,300℃是比较适合的热处理温度.热处理300℃的ZrO2-PVP复合薄膜的激光损伤阈值可达到52 J/cm2.