ZnS薄膜在532nm波长激光辐照下的光谱透射及激光损伤特性

为探究ZnS薄膜的激光辐照效应,采用热蒸发沉积技术制备了ZnS薄膜,探究了薄膜在532nm波长激光诱导辐照下,不同能量阶和不同脉冲数对薄膜折射率、消光系数、损伤形貌、表面粗糙度和激光损伤阈值的影响。研究结果表明:ZnS薄膜的平均损伤阈值为1.59J·cm-2,用平均阈值能量的60%对薄膜进行辐照处理后,可将ZnS薄膜在532nm处的折射率从2.360 4提高到2.384 9 (15脉冲辐照)。用5脉冲辐照薄膜表面后,薄膜的消光系数会随着激光能量的增加而减小。532nm激光辐照下,ZnS薄膜经历了从轻度损伤到极度损伤的缓慢演变阶段。在5脉冲的基础上,增加激光的辐照能量会使薄膜的表面粗糙度Ra下降,最大可由1.52nm下降到0.429nm。     

激光入射角度对CCD探测器损伤特性的影响

开展了激光入射角度对高重频纳秒激光诱导CCD探测器损伤特性研究。通过傅里叶热传导方程理论计算了CCD探测器表面的温升曲线,发现随着激光入射角度变大,激光辐照区域中心点位置的最高温度逐渐降低,且液-固相变凝固时间缩短,降低了CCD探测器的损伤可能。实验结果表明,随着入射激光功率的增加,激光诱导CCD探测器表面损伤形貌的横向尺寸和纵向尺寸都逐渐变大。随着激光入射角度变大,激光诱导CCD探测器形貌损伤面积增大,并且形貌损伤阈值增加。这是由于激光入射角度增大导致了CCD探测器表面辐照的激光光斑面积变大,使探测器表面的激光功率密度降低,从而造成CCD探测器的激光损伤阈值增大。     

脉冲串毫秒激光对单晶硅的热损伤

单晶硅广泛应用于光电系统领域,在激光作用下易于造成热损伤,其性能将发生显著变化。针对高精激光武器和激光精细加工产业的迫切需求,本文研究脉冲串毫秒激光作用单晶硅的热损伤问题,分析激光能量密度、脉冲个数等与热损伤的重要特性参数温度的关系,探索损伤规律和机理。从仿真和实验两方面对脉冲串毫秒激光对单晶硅的热损伤进行研究。基于热传导方程建立毫秒脉冲激光辐照单晶硅的热损伤模型,利用有限元、有限差分方法求解脉冲串毫秒激光作用单晶硅的温度场,模型中引入等效比热容的方法处理熔融和汽化后的相变问题,实现了对模型温升的修正。构建毫秒脉冲激光损伤单晶硅的温度测量系统,利用高精度点温仪对脉冲时间内的激光辐照中心点温度进行实时测量。研究结果表明,脉冲串激光作用单晶硅靶材时,激光辐照中心点及径向、轴向位置具有温度累积效应,径向温升范围远大于轴向;随激光能量密度增加,温度累积效应显著;随着脉冲个数的增加,单晶硅靶材熔融固化时间和从熔点降至常温的时间加长;激光脉冲个数增加90个时,单晶硅热损伤阈值下降到单脉冲损伤阈值的73.8%;当脉冲个数增加后,单晶硅损伤面积增大。实验与仿真研究结果对比可以看出,两方面研究结果的规律基本一致,仿真模型可以合理的描述毫秒脉冲激光损伤单晶硅的过程。     

LD端面泵浦Nd:YVO_4高重频紫外激光器

为获得高重频、高增益的355nm紫外激光输出,利用Nd:YVO_4激光晶体、端面泵浦LD和声光Q开关,设计了腔内三倍频V型谐振腔结构,在不同Q开关重复频率下,测试分析了激光功率和脉冲宽度的变化。对激光器参数进行了优化,当LD泵浦电流为9.4A时,355nm紫外激光最高输出平均功率达到了5.38W,脉冲宽度最窄为17.5ns,激光重复频率为30kHz。     

半导体可饱和吸收反射镜的损伤机制研究

随着超快激光器向高功率、高脉冲能量发展,半导体可饱和吸收反射镜（SESAM）的损伤机制和高阈值SESAM的研究必不可少,本文用热像仪对高功率超快激光器中工作的SESAM进行热成像,得出不同腔型、不同功率超快激光器中工作的SESAM的热成像图。用平均功率约为83W,单脉冲能量约为24μJ,重复频率为3.4MHz的高功率超快激光器发出的激光脉冲作用于SESAM时,观察到了SESAM表面的热损伤,并用干涉测量法对其表面进行面形分析。     

高斯长脉冲激光辐照单晶硅温度场的数值模拟

建立二维轴对称模型,通过Matlab软件对长脉冲高斯激光与单晶硅相互作用的加热过程进行数值模拟。分析不同激光功率密度和辐照时间作用下单晶硅的温度分布和温度历史, 估算单晶硅的熔融损伤阈值和热量沉积深度。结果表明:单晶硅的熔融损伤阈值的功率密度I₀=0.22 MW/cm2且激光热量沉积深度大约在1 mm范围内; 单晶硅的温度随激光功率密度和辐照时间的增加而升高,且随着光斑半径方向的延伸与靶材厚度的增加而逐渐减小; 在脉冲作用期间,硅表面中心温度迅速上升,这主要由高斯激光的能量分布特点决定; 在激光作用结束后,辐照区的热量通过热传导效应从高温区向低温区转移,单晶硅的表面中心温度随时间的增加而缓慢下降, 最后趋于室温。     

长脉冲激光辐照硅材料热应力的数值模拟

采用matlab数值模拟了长脉冲激光辐照硅材料的热应力分布,模拟了材料的径向与环向热应力,分析了激光参数与辐照时间对热应力的影响。结果表明：在材料损伤过程中环向应力起主要作用,材料所受到的应力随时间的增加而增大,激光功率密度越大,材料的损伤阈值越小,越容易发生破坏。     

1.06μm连续激光对InSb、Si、Ge、Ni、Cu材料热损伤数值分析

针对波长1.06μm连续激光辐照InSb、Si、Ge、Ni、Cu材料的热损伤问题,开展了理论和数值模拟研究.考虑了材料的热物性参数随温度变化情况,建立了激光辐照下的二维轴对称温升模型;利用COMSOL软件分别模拟了5种材料的温升和熔融损伤阈值,比较分析了不同光强分布激光的热损伤效果.研究结果表明:相同辐照条件的激光引起5种材料的温升及损伤阈值差异,主要是由于不同材料的热物性参数和吸收系数的差异造成的,并且InSb材料相比另外4种材料的温升较高,较易发生熔融损伤;相同能量的激光辐照同一材料时,均匀分布激光引起的温升相比高斯分布的较高;相同的辐照时间,高斯分布激光的熔融损伤阈值高于均匀分布;相同的激光功率密度,均匀分布激光相比高斯分布激光最先到达熔融损伤;随着辐照时间的延长,两种光强分布激光达到熔融损伤的激光功率密度均趋于稳定.     

激光预辐照提高ZrO_2薄膜损伤阈值的研究

为了探究激光预辐照的工艺参数对提高光学薄膜抗激光损伤性能的影响,在1064nm的Nd∶YAG激光器组成的薄膜阈值测试平台上,对电子束热蒸发镀制的ZrO2单层薄膜进行了小光斑扫描的激光预处理.研究了不同能量阶单次扫描、单一能量阶多次扫描及不同能量阶多次扫描的激光预辐照对薄膜损伤阈值的提高效果.结果表明：不同能量阶单次扫描中,提高阈值效果最好的是采用原始样片损伤阈值的39%的能量扫描,可提高阈值13%;采用39%的阈值能量阶进行了多次预辐照实验,扫描3次效果最好,阈值提高了56%;在能量递增的多次预辐照实验中,递增能量多次预辐照与单一能量阶多次预辐照的预处理效果相似.     

激光重复频率对吸气式多脉冲激光推进冲量耦合系数的影响

针对实验室已有的平顶抛物形喷管,数值模拟了单脉冲激光能量为500J时,不同激光重复频率下的激波流场演化过程,分析了喷管内激波流场对后续脉冲的影响,得到了冲量耦合系数随激光重复频率的变化规律。结果表明：激光重复频率在10～100Hz范围内,冲量耦合系数随频率的增加显著减小;在100～400Hz范围内,冲量耦合系数下降趋势变缓;随着脉冲数目的增多,喷管内气体密度降低,后续脉冲受到之前激波流场影响增大,推进性能降低。     

脉冲式光纤激光器L-PPM调制速率的研究

针对因脉冲式光纤激光器的重复频率较低而无法进行高速率发射传输的问题,本文通过对脉冲式光纤激光器的L-PPM调制进行研究,找出一种可以有效提高脉冲式光纤激光器调制速率的方法。通过对能够影响到PPM调制速率的各种参数进行分析,找出一组最佳的参数进行实验。实验结果表明,L-PPM调制方式可以将重复频率为200K的脉冲式光纤激光器的传输速率提高到1.387Mbps。研究结果有利于脉冲式光纤激光器在通信中的应用。     

808nm激光对可见光面阵CCD的干扰损伤研究

介绍了CCD光电探测器工作的基本原理及激光对CCD的干扰损伤机理.用波长为808nm的连续激光辐照CCD器件,实验中由图像采集卡采集得到相机的视频输出,同时用示波器检测CCD输出信号和垂直输出时钟信号,首次得到了808nm激光致使该种器件产生的热熔融阈值、光学击穿阈值、直接破坏阈值和致使整个器件失效的激光能量网值等有关结果.     

准分子激光加工工艺参数优化

本文采用准分子激光加工方法,选择不同的工艺参数对Al2O3 陶瓷材料试件进行加工,通过表面轮廓仪测量表面微观形貌,并计算其表面轮廓高度均方根值Rq.采用二次多项式拟合方法分析激光加工工艺参数对表面形貌的影响,即放大器电压、激光脉冲频率、激光扫描速度等工艺参数对表面轮廓     

激光穿透液晶掩膜的透光机理及损伤阈值

构建了激光穿透液晶的液晶损伤阈值的检测系统,并设计了两套检测方案。对激光穿透液晶时液晶掩膜的透光机理、内部液晶分子的变化过程以及激光穿透液晶的阈值进行了研究。结果表明:液晶掩膜对激光空间的能量分布能够起到很好的调节作用,激光经过液晶掩膜的透射率实际上是由入射激光的偏振方向决定的;Nd:glass激光冲击液晶的激光能量密度阈值为1.27～1.42J/cm2,超出该阈值,液晶会被激光冲击损坏。     

飞秒激光导致透明介质的结构改变

超短脉冲激光是对物质进行加工、处理的有力工具.使用脉冲宽度150 fs的不同能量的800 nm激光脉冲,在不同数值孔径的聚焦条件下,对各向同性的光学物质(熔融石英和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))进行了单个激光脉冲所形成的光损伤实验研究.检测了激光脉冲在这两种介质中的能量损伤阈值和形成的损伤位点的形态.研究了高强度飞秒激光脉冲在熔融石英和PMMA介质体内所形成的几种结构改变,从局部的小折射率改变到形成微爆结构.得出了PMMA比熔融石英更适合用作飞秒激光的三维光存储材料的结论.讨论了飞秒激光脉冲与透明介质的非线性相互作用.     

Damage Mechanism of Al2O3 Ceramic Coatings Irradiated by CO2 CW Laser

Rules and mechanism of damage in Al2O3 coatings irradiated by CO2 CW laser are studied in order to improve the ability of parts of equipment standing against the high power laser.Al2O3 coatings were sprayed by air plasma spray(APS)on the 45# steel substrate,and then were irradiated by CO2 CW laser from 795 W/cm2 to 31 830 W/cm2.As the output power of the laser is increasing,its porosity is increasing and cracks are appearing and spreading quickly.And also the phase will transform from γ-Al2O3 to α-Al2O3 in the damaged areas.When the energy density is 17 507 W/cm2,the coatings are destroyed completely.The thermal infection field on substrate is rather small.The laser energy is depleted by the phase transformation and cracks in Al2O3 coatings during the laser thermal shock.