重复激光脉冲对熔石英损伤的演化机制

采用重复频率为10 Hz,波长为1064 nm的纳秒激光脉冲辐照熔石英元件,通过改变激光作用脉冲数,研究了不同脉冲累积效应对样品损伤形貌的影响。研究发现熔石英样品损伤主要来自于等离子冲击波作用,且损伤后,样品带隙会发生明显降低。对比激光作用样品内部和表面形貌,发现激光作用样品内部时,内部约束层使等离子冲击作用时间加长。通过对比损伤形貌的差异,可以将损伤形貌由内到外分为断裂融化区、断裂区、融化区三个部分,并通过冲击波压强变化,对各损伤区形貌成因进行了解释。     

时间分辨激光诱导等离子体光谱

本文研究了时间分辨YAG激光诱导固体表面等离子体的发射光谱。测量了在140npaAr缓冲气体中激光照射Mg块等固体表面的等离子体光谱。在激光照射后的短时间(τ_d<1μs)内,光谱     

激光诱导Al等离子体的时间分辨光谱

用YAG脉冲1.06μm激光,在高真空轰下击A1靶,观测到AlⅠ,AlⅡ和AlⅢ等离子体的若干谱线.利用快速脉冲发生器和光学多道分析仪(OMA),对激光脉冲和等离子体谱线的时间分辨特性进行了比较和测量.在激光脉冲作用期间均会产生连续的辐射谱.在激光能量较小时,等离子体谱线峰值在激光脉冲峰值后延迟一定时间出现,而在激光能量较大时,谱线峰值在激光脉冲期间产生.     

飞秒激光烧蚀石英微孔的时间分辨阴影成像

建立了基于飞秒激光抽运-探测原理的时间分辨阴影成像平台,直接获取了飞秒激光烧蚀石英微孔的超快过程图像。在不同能量密度、时间延迟、脉冲数量条件下,观察到随时间延迟变化的等离子体通道衰退、冲击波膨胀和微孔伸长现象。实验结果表明,所提系统有助于飞秒激光烧蚀诱导透明介质内部微纳结构的原位观察。     

利用紫外激光处理提高熔石英损伤阈值的研究

为了研究紫外脉冲激光预处理对熔石英表面形貌的影响,验证其对熔石英元件抗紫外激光损伤能力的提升效果,利用输出355nm3倍频紫外脉冲激光的YAG激光器,采用光栅式扫描的方式对熔石英表面进行了全口径能量周期递增的激光预辐照处理,并在处理结束后研究了表面形貌的变化,考核了其在355nm脉冲激光作用下的损伤阂值。结果发现,石英基片在经过紫外脉冲激光预处理后表面杂质得到有效清除并暴露了低阈值缺陷,处理后的石英基片零几率损伤阈值平均提高24%左右,50%损伤阈值提高约19%。结果表明,紫外激光预处理是增强熔石英元件紫外激光负载能力的有效方法,可有效缓解高功率固体激光装置3倍频输出的负载瓶颈,具备较高的工程运用价值。     

利用紫外激光处理提高熔石英损伤阈值的研究

为了研究紫外脉冲激光预处理对熔石英表面形貌的影响,验证其对熔石英元件抗紫外激光损伤能力的提升效果,利用输出355nm 3倍频紫外脉冲激光的YAG激光器,采用光栅式扫描的方式对熔石英表面进行了全口径能量周期递增的激光预辐照处理,并在处理结束后研究了表面形貌的变化,考核了其在355nm脉冲激光作用下的损伤阈值.结果发现,石英基片在经过紫外脉冲激光预处理后表面杂质得到有效清除并暴露了低阈值缺陷,处理后的石英基片零几率损伤阈值平均提高24%左右,50%损伤阈值提高约19%.结果表明,紫外激光预处理是增强熔石英元件紫外激光负载能力的有效方法,可有效缓解高功率固体激光装置3倍频输出的负载瓶颈,具备较高的工程运用价值.     

3ω激光辐照下熔石英的损伤增长研究

对熔石英在三倍频激光条件下损伤尺寸与激光辐照次数的关系进行了测试分析。结果表明,在一定的激光参数(脉宽、波长和能量)下,每个点的损伤尺寸在一定的辐照次数以后基本不再发生变化。当从激光损伤开始发生到损伤尺寸基本不再变化,损伤点的横向直径与激光辐照次数基本呈指数增长关系。     

激光诱导钢靶等离子体时间分辨光谱特性研究

为了改善激光诱导击穿光谱质量,使用具有时间分辨功能的光谱仪采集激光诱导钢靶等离子体光谱,研究了钢靶等离子体辐射光谱随延迟时间的变化特性。结果表明,光谱强度和背景强度随延时皆呈指数衰减,原子谱线强度在前4μs内衰减更快但寿命较长,离子谱线存在寿命较短;采集延时对不同谱线的信噪比影响不同,Mn I403.08nm、Cr I 428.97nm、CrⅡ458.82nm、Fe I 430.79nm和FeⅡ503.57nm谱线得到的最佳延时分别为8,2,0,2,4μs。采用双线法和Boltzmann曲线法计算等离子体温度、Saha-Boltzmann方程计算电子密度,验证了在0~10μs范围内采集到的光谱信号满足局部热平衡状态。     

激光诱导甲烷等离子体化学反应的时间分辨光谱

本文用OMA系统和高速示波器观察了甲烷中TEA CO_2激光等离子体发射Hβ的Stark加宽,以及反应中多种自由基发射谱线的时间特性,并讨论了反应区域内电子密度及不同自由基的动力学行为。     

飞秒激光多脉冲烧蚀过程中飞秒时间分辨电子状态的观测研究

为研究飞秒激光加工硬脆透明材料时存在的“微裂纹”与“诱导条纹”等共性工艺问题,利用飞秒时间分辨泵浦探测阴影成像技术,对飞秒激光多脉冲烧蚀石英玻璃过程中的电子动力学过程进行成像,分析了激光脉冲电离材料初期（700 fs之前）等离子体丝的演化情况。多脉冲诱导微结构的存在使成丝区域分布在微结构的两侧与光脉冲传播的轴线方向,前者主要是由微结构侧壁对光脉冲的折射造成的,而后者则是由微结构底面与侧壁形貌不同导致的光程差引起的。实验结果揭示了多脉冲加工过程中脉冲串诱导微结构对后续光场的重塑效应,该效应影响了等离子体成丝区域与能量沉积的分布,这是共性工艺问题产生的核心机制。     

表面污染物诱导熔石英损伤的热力学数值模拟

为了研究高功率固体激光装置内污染诱导光学元件损伤问题,基于有限元数值方法,结合污染物诱导熔石英损伤机理,给出了熔石英样片在高功率脉冲激光辐照下的温度场和应力场分布.结果表明,激光脉冲辐照过程中主要以污染物的温度升高为主,最高至2800K,而样片温升不大,仅为7K;在激光脉冲辐照后100μs的时间内,样片表面中心快速升温...     

激光诱导硅等离子体的时间分辨发射光谱分析

文中探测了硅靶在波长为1．064μm、脉宽10ns的脉冲激光辐照下等离子体时间分辨发射光谱,分析了电子温度、电子密度和连续谱的演化。利用能级寿命和连续谱最大强度的出现时间解释了NⅡ399．5nm、SiⅡ385．6nm和SiⅡ386．3nm谱线强度最大值的出现时间。NⅡ399．5nm谱线的寿命比siⅡ谱线的寿命要短得多,我们认为这和它们的产生过程有关。在1Pa的背景气压下能够探测到siⅢ和siⅣ的光谱线,而在1．01×10^５pa时却无迭分辨。     

激光诱导熔石英粒子喷溅动力学特征自动获取

粒子喷溅是熔石英后表面激光损伤过程的重要现象,其实验观测及动力学参数获取一直存在困难。为实现后表面损伤粒子喷溅动力学特征获取,搭建了时间分辨双帧阴影成像系统,并开发了基于分层Voronoi图和弹性势能模型的粒子识别与匹配算法。结合图像配准和去噪步骤,该方法能够克服双帧阴影成像技术固有的背景噪声严重和原点失配的缺点,在6μs及之后的延迟图像中能实现100%正确检测与匹配。与人工处理对比,该方法能以像素精度同时获取粒子的尺寸、速度大小及飞行方向,且数据处理时间缩短了约20倍。     

光纤端面脉冲激光诱导损伤测试实验研究

为了研究光纤端面在脉冲激光作用下的损伤阈值,采用掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器诱导损伤测试方法,获得了光纤端面脉冲激光诱导损伤特性的初步结果。结果表明,光纤端面的处理工艺、表面质量、清洁程度及激光损伤探测光源的重复频率对损伤测试结果均有不同程度的影响。     

基于高斯脉冲激光空间分辨测量光学元件表面激光损伤阈值研究

提出一种基于高斯脉冲激光空间分辨测量光学元件表面激光损伤阈值的方法。通过设定激光能量密度差对高斯光斑进行能量密度分区,统计并分析每个能量密度分区的能量密度以及损伤密度分布,设定一个零损伤密度所对应的激光能量密度作为所测样品的激光损伤阈值。同时利用国际标准1-on-1激光损伤阈值测试方法对同一样品进行激光损伤阈值测试,并将两种测试方法获得的损伤阈值进行了比较分析,证明基于高斯脉冲激光空间分辨的激光损伤阈值测试方法,解决了国际标准1-on-1激光损伤阈值测试中将高斯光斑内空间能量密度以及损伤点的不均匀分布等效地视作均匀分布所带来的问题。     

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。     

纳秒激光诱导熔石英玻璃损伤的超快诊断

采用超快时间分辨的光学诊断技术,研究了Nd:YAG脉冲激光分别烧蚀熔石英样品后表面和体内的动态过程,获得了冲击波和等离子体演化过程的时间分辨图像。结果表明,在样品后表面,激光与材料作用产生了多个在体内传输的冲击波,冲击波传播到样品前表面时会发生反射;在样品体内,激光与材料作用产生了等离子通道,在激光焦点处和自聚焦处产生了较强的微爆点。实验还发现,冲击波在界面的反射波和反射剪切波强度与冲击波入射角有关,不同冲击波的传播速度不同。     

毫秒-纳秒组合脉冲激光辐照熔石英的温度场应力场数值分析

为了研究毫秒-纳秒组合脉冲激光辐照熔石英的温度场和应力场特征,基于热传导理论和弹塑性力学理论建立了二维轴对称几何模型,利用有限元分析软件对毫秒-纳秒组合脉冲激光辐照熔石英的过程进行了数值分析,得到了熔石英表面及内部的瞬态温度场和应力场的时空分布与变化规律.结果 表明:组合脉冲激光中,毫秒激光脉宽为1 ms、能量为120...     

CO2激光抑制熔石英损伤增长的研究进展

综述了熔石英光学材料激光诱导损伤增长机制,定性地描述了CO₂激光抑制损伤增长的物理过程。总结了近几年CO₂激光修复所取得的进展,最后阐述了目前CO₂激光抑制损伤增长所存在的问题和今后需努力突破的方向。