离子后处理对TiO2光学薄膜及损伤特性的影响

为了进一步提高TiO_2薄膜的光学特性和激光损伤阈值,采用电子束蒸发技术在K9玻璃上沉积了单层TiO_2薄膜,并用Ar/O混合等离子体对样品进行后处理。通过研究薄膜光谱特性、表面缺陷密度、薄膜表面形貌、薄膜损伤阈值以及薄膜损伤形貌,分析了等离子体后处理时间对TiO_2薄膜激光损伤特性的影响。实验结果表明,随着等离子体后处理时间的增加,薄膜折射率及致密度提高,物理厚度减少,表面粗糙度下降,表面缺陷密度先减少后增加;在1 064nm激光辐射下,TiO_2薄膜的激光损伤阈值从未经等离子后处理的5.6J/cm~2提升至后处理20min的9.65J/cm~2,提升幅度高达72.3%,因此能够更广泛更稳定地应用在激光器中。     

低功率CO_2激光对人牙本质的作用及损伤阈值实验研究

报导了低功率连续CO2激光对离休人鲜活牙齿照射所引起的牙本质组织变化和损伤程度的实验研究结果。采用了金相显微摄影技术对受照牙齿断面进行组织学研究，实验结出的牙本质安全照射激光能量密度阈值约为10～20J／cm2。     

低功率CO2激光对人牙本质的作用及损伤阈值实验研究

报导了低功率连续ＣＯ２激光对离体人鲜活牙齿照射所引起的牙本质组织变化的损伤程度的实验研究结果。采用了金相显微摄影技术对受照牙齿断面进行组织学研究。实验给出的牙本质安全照射激光能量密度阈值约为１０￣２０Ｊ／ｃｍ＾２。     

光学元件改性处理对激光损伤阈值的影响

针对355nm激光作用于熔石英光学元件后其损伤阈值容易变差的问题,提出使用1.7%纯HF溶液和0.4%HF与1.2%NH4F混合的BOE溶液对样品进行处理来提高它们的激光诱导损伤阈值(LIDT)。在相同的条件下将熔石英光学元件浸没到上述两种不同的刻蚀溶液中进行处理,通过测量刻蚀过程中元件重量变化来计算刻蚀速率,利用Zygo轮廓仪测试元件表面粗糙度,然后对355nm激光照射下熔石英元件的损伤阈值情况进行研究。损伤测试表明,LIDT与元件的材料去除深度有关系,用两种刻蚀液刻蚀去除一定深度后,LIDT均有增加,但是进一步去除会显著地降低元件的LIDT。在处理过程中,这两种刻蚀液的去除速率都很稳定,分别为85.9nm/min和58.6nm/min左右。另外,元件表面的粗糙度会随着刻蚀时间的增加而变大。在刻蚀过程中还通过纳米技术测量了熔石英元件表面的硬度及杨氏系数,不过没有证据表明其与激光诱导损伤有明确的关系。     

高抗激光损伤阈值光栅后处理抛光技术研究

脉冲压缩光栅是实现高能量激光的核心光学元器件,其制造过程中产生的表面污染物和微结构缺陷成为限制高功率激光系统发展的技术瓶颈,为了提升光栅的激光诱导损伤阈值,提出利用磁性复合流体进行脉冲压缩光栅(PCG)后处理抛光研究。对抛光前后光栅样品的微观结构,表面形貌、表面粗糙度、衍射效率和激光诱导损伤阈值等参数进行测量,进行抛光前后光栅表面质量和光栅性能的评估。研究发现,磁性复合流体抛光能够在不破坏实际光栅结构的前提下抑制加工过程产生的毛刺,微结构缺陷等;经3 min抛光后,光栅顶部表面粗糙度从21.36 nm下降到3.73 nm;激光诱导损伤阈值从2.8 J/cm²提高到3.8 J/cm²,抗激光损伤性能提升35.7%,且不影响衍射效率。实验结果表明：磁性复合流体抛光是一种可以提高光栅元件表面质量,提升光栅元件光学性能的有效方法。     

磁流变抛光对熔石英激光损伤特性的影响

为进一步提升熔石英元件的激光损伤阈值,研究了氢氟酸(HF)动态酸刻蚀条件下磁流变抛光工艺对熔石英元件激光损伤特性的影响规律。首先,采用不同工艺制备熔石英元件,测量它们的表面粗糙度。然后,采用飞行时间-二次离子质谱法(OF-SIMS)检测磁流变加工前后熔石英元件中金属杂质元素的含量和深度;采用1-on-1方法测试激光损伤阈值,观测损伤形貌,并对损伤坑的形态进行统计。最后,分析了磁流变抛光工艺提升熔石英损伤阈值的原因。与未经磁流变处理的熔石英元件进行了对比,结果显示:磁流变抛光使熔石英元件的零概率激光损伤阈值提升了23.3%,金属杂质元素含量也显著降低,尤其是对熔石英激光损伤特性有重要影响的Ce元素被完全消除。得到的结果表明,磁流变抛光工艺能够被用作HF酸动态酸刻蚀的前道处理工艺。     

激光预处理提升DKDP晶体加工表面的抗损伤能力

针对晶体表面的损伤特性,采用小光斑扫描激光预处理技术预辐照DKDP晶体元件,并采用表面损伤自动探测系统实时分析每个脉冲辐照后晶体表面的损伤情况,比较预处理和未预处理区域的损伤点密度确定表面预处理效果,并进一步模拟分析表面各类缺陷在纳秒强激光辐照下的动态过程,解释激光预处理对精抛表面提升作用的微观机制并分析它对粗抛表面提升不明显的原因。实验结果表明,激光预处理技术对粗抛表面的提升作用并不明显,但是可以大幅度抑制精抛表面的损伤点密度。在本文的实验条件下,晶体表面的抗激光损伤能力可以提升约60%。比较体材料和精抛表面的预处理效果发现:当体材料的抗破坏能力通过预处理提升后,精抛表面的抗激光损伤能力也会提升,由此可见精抛表面的激光预处理效果与体材料性能相关。     

基于光散射及灰度值作为判据的光学薄膜激光损伤阈值测量系统

基于ISO11254国际标准,构建了基于半导体激光光散射检测光学薄膜损伤与否的光学薄膜激光损伤阈值测试系统。运用图像处理以及灰度值作为判断薄膜损伤与否的判据,对TiO2/SiO2增透膜进行了阈值测试。由图像处理可得,当光斑图像有效区域内灰度值最大的前50个像素点的平均灰度值在25到33之间时,该区域为薄膜损伤的临界区域,并将测量结果与在Veeco白光轮廓仪观测到的损伤形貌进行对比,具有较好的一致性。     

高功率CO_2激光对远场HgCdTe探测器的干扰实验

理论分析和实验研究了高功率CO2激光对远场光导型长波红外HgCdTe探测器的干扰损伤。采用激光辐照探测器的温升理论模型,根据实验参数,讨论了高功率激光对长波红外探测器的损伤机理,计算了温升与辐照时间和功率的关系,并和CO2激光器在距离15km处辐照光导型长波红外HgCdTe探测器的实验结果进行对比分析。实验结果表明,2.5kW连续CO2激光经过大气衰减后在15km处激光功率密度可达0.161W/cm2,计算可知此时会聚到探测器靶面处的功率密度为140W/cm2;靶面处功率密度为20.5W/cm2时,对探测器产生干扰;靶面处功率密度为110W/cm2时,达到损伤,计算此时探测器表面温度已达到Hg析出温度,这一实验现象和理论计算预期结果相吻合。实验结论对研究探测器的激光防护和激光干扰星载探测器技术具有指导意义。     

激光薄膜缺陷研究

薄膜缺陷是影响薄膜元件抗激光损伤的重要因素之一,长期以来一直是人们关注和研究的问题。首先介绍了薄膜缺陷的种类、特点及成因。在此基础上,分析了缺陷对激光损伤阈值的影响以及激光预处理对缺陷的影响。最后,对于如何减少缺陷和提高损伤阈值作了讨论。     

退火对真空蒸发Ti3O5制备光学薄膜性能的影响

采用真空蒸发法,以T i3O5为膜料分别在基片温度为200℃、250℃、300℃的条件下制备氧化钛光学薄膜,XRD结果显示,沉积态薄膜为无定形态,400℃退火后,均由无定形态向锐钛矿结构转变;不同基片温度下制备的氧化钛薄膜退火后,折射率均随基片温度的升高而增大;随着退火温度的升高,(101)晶相择优取向十分明显,结晶度增大;经过400℃、500℃、600℃退火后,薄膜折射率逐渐上升。     

基于二维光学相干层析的多层薄膜结构无损定量评价

为了实现对多层薄膜结构厚度进行快速准确的测量和无损定量评价,研制了二维光学相干层析(Optical Coherence Tomography,OCT)系统,避免了传统一维OCT系统逐点扫描导致成像效率低下的问题。阐述了去除OCT共轭镜像理论,采用了五步相移干涉法,具体由压电驱动器驱动参考镜实现,做到了对OCT共轭镜像的去除,避免出现OCT图像的混叠。所研制的OCT系统具有极高的系统分辨率和较好的信噪比,可以实现对手机钢化玻璃薄膜内部四层结构厚度(钢化玻璃、静电胶层1、防爆贴膜和静电胶层2)进行准确测量。实验结果表明:自研制的系统可快速高精度地对多层薄膜结构厚度进行测量,可以推荐使用在多层薄膜的无损定量评价中。     

热处理对离子束溅射Ta_2O_5薄膜特性的影响

利用离子束溅射沉积技术制备了Ta2O5薄膜,在100~600℃的大气氛围中对其进行热处理(步进温度为100℃),并对热处理后样品的光学常数(折射率、折射率非均匀性、消光系数和物理厚度)、应力、晶向和表面形貌进行了研究。研究显示,随着热处理温度增加,薄膜折射率整体呈下降趋势,折射率非均匀性和物理厚度呈增加趋势,结果有效地改善了薄膜的消光系数和应力,但薄膜的晶向和表面形貌均未出现明显的变化。结果表明:热处理可以有效改变薄膜特性,但需要根据Ta2O5薄膜具体应用综合选择最优的热处理温度。本文对离子束溅射Ta2O5薄膜的热处理参数选择具有指导意义。     

Investigation of high power laser coatings

1Introduction Opticalthinfilmcoatingisoneofthewea kestopticsinICFlasersystems.Totally,there aretwoaspectswhichinfluencethedevelopment ofthelasersystems.Thefirstaspectislaser damageresistanceofthecoatings,whichpuzzled coatingengineersformanyyears[1].Although muchgreatprogresshasbeenmadeintheoretical analysisofdamagemechanismsandoptimization ofdepositionprocedures,therewerestillmany sealedproblemsrestrictingthefurtherimprove mentofthelaserinduceddamagethreshold(LIDT)[27].Thelaser induceddama…     

磁控溅射Ni56Mn27Ga17合金薄膜的光学反射特性研究

Ni-Mn-Ga磁性形状记忆合金薄膜是非常有用的多功能材料,为考察其光学反射特性,采用磁控溅射技术在单晶硅衬底上沉积了Ni56Mn27Ga17合金薄膜,并对其表面形貌和光学反射特性进行研究。研究结果表明,薄膜的表面粗糙度随退火温度的升高而增大;在300～800nm波长范围内,薄膜反射率均随波长的减小而降低,且薄膜整体谱线范围内的反射率随退火温度的升高而降低。     

紫外激光单脉冲辐照损伤金属薄膜的数值模拟研究

针对不同厚度的镍膜以及金膜,利用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics研究了波长248nm、矩形脉冲宽度14ns激光辐照损伤阈值随膜厚变化的物理过程。本研究与他人的理论计算和实验测得的结果基本一致,研究表明:在高强度单脉冲激光均匀辐照下,金属薄膜表面的损伤主要是由于激光能量在其材料内部的沉积而导致的热效应引起的;当金属薄膜的厚度小于其光学吸收长度时(镍膜厚度<8nm,金膜厚度<12nm),其熔融损伤阈值随着薄膜厚度的增加而减小;当薄膜厚度大于光学吸收长度而小于其热扩散长度时(镍膜厚度8~730nm,金膜厚度12~1 050nm),其熔融损伤阈值随薄膜厚度增加而线性增加;当薄膜厚度大于其热扩散长度时(镍膜厚度>730nm,金膜厚度>1 050nm),其熔融损伤阈值随薄膜厚度的增大基本保持不变。     

沉积方式对ZnS薄膜表面缺陷影响研究

介绍了ZnS薄膜缺陷的分类、特点及成因,在此基础上,采用电子显微镜与原子力显微镜对不同沉积方式沉积的薄膜进行了观察、分析与计算,检测了不同类型与大小的缺陷,对缺陷产生的原因进行了简要分析,分析了沉积方式这一参数对ZnS薄膜表面缺陷密度的影响,得出了镀制ZnS薄膜所需的合适沉积方式。实验结果表明：薄膜表面缺陷主要以节瘤缺陷与陷穴缺陷为主,电阻热蒸发比电子枪所镀制的ZnS薄膜缺陷密度要小,在蒸发舟上加上挡网后,缺陷密度有进一步减小的趋势,并且缺陷面积与数目也有所减小,缺陷面积小于20μm2。     

基于遗传算法的透射光谱法测量薄膜光学参数

基于多光束干涉理论建立了单层薄膜的透射率模型,并且得到了薄膜透射率与厚度及折射率之间的关系的数学模型,进而利用遗传算法求解该数学模型。根据薄膜透射光谱数学模型的特殊性,按照实际的精度需求,有针对性地选取了遗传算法中种群大小、交叉概率和变异概率等关键参数,并且针对透射光谱的具体情况,设计了离散化的适应度函数。最终的拟合结果表明,基于遗传算法的透射光谱法能够快速、准确地得到薄膜的光学参数。     

基于遗传算法的透射光谱法测量薄膜光学常量

目前的实际生产加工需求中,需要一种高精度、简单易行的薄膜参数检测方法。但是,传统的基于透射光谱法的单纯形法只能够得到薄膜的厚度信息,无法获取准确的薄膜的折射率。本文基于多光束干涉理论建立了单层薄膜的透射率模型,并且得到了薄膜透射率T与厚度d及折射率n之间的关系的数学模型。进而利用遗传算法求解该数学模型。由于薄膜透射光谱数学模型的特殊性,按照实际的精度需求,有针对性的选取了遗传算法中的关键参数：种群大小、交叉概率和变异概率。并且针对透射光谱的具体情况,设计了离散化的适应度函数。最终的拟合结果表明,基于遗传算法的透射光谱法能够快速、准确的得到薄膜的光学参数。