熔石英亚表面杂质对激光损伤概率的影响

基于Mie理论和热传导方程,结合ICP-OES对熔石英亚表面杂质粒子的主要成分测量,建立了计算吸收性杂质粒子诱导熔石英光学元件表面损伤概率的模型。通过该模型理论研究了不同种类的杂质粒子诱导损伤所需的临界能量密度随粒子尺寸的变化,以及不同尺寸分布的杂质粒子诱导熔石英表面的损伤概率。通过损伤实验测试获得了不同光斑尺寸的355 nm激光辐照作用下熔石英表面的损伤概率,与理论计算结果进行对比,在相同粒子分布参数下,分析了三种杂质粒子对损伤概率的贡献（Cu Al CeO2）。通过该模型能够分析光学基底或薄膜亚表面中不同潜在的杂质吸收性粒子对光学元件损伤概率的影响。     

压电石英亚表面损伤层分析

压电石英基片在加工过程中会带来表面/亚表面损伤,这种损伤会直接影响电子器件的性能、稳定性及寿命。该文采用扫描电镜(SEM)观测与X-射线双晶回摆曲线检测化学腐蚀逐层剥离深度相结合的方法,定量分析了36°AT切压电石英基片亚表面损伤层厚度,并探讨了亚表面损伤层的形成原因及对器件性能的影响。     

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.     

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。     

三倍频激光下金属颗粒对熔石英元件损伤阈值的影响

高功率激光器中,金属颗粒作为元件表面污染的一种,对熔石英元件寿命的影响早已得到关注。为了定量得到金属颗粒对熔石英元件损伤阈值的影响,在中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜中心的标准损伤测试平台上,对未被污染的以及被3种不同金属颗粒(Al、Cu、Fe)污染的熔石英元件的损伤阈值进行了测量。研究发现,被金属颗粒污染的熔石英元件,损伤阈值会降低为原来的20%～30%;吸收系数高的金属颗粒更容易诱导损伤,损伤形貌与未污染的熔石英损伤形貌也有很大的差别;离线观测样品形貌,可以从微观的角度观察到损伤的概率行为。参考损伤的爆炸模型,粗略地模拟了温度随时间的变化。     

基于荧光共聚焦技术熔石英亚表层损伤检测方法

熔石英光学材料是一种高新技术产品,在现代各领域的应用越来越广泛,特别是航天航空等领域具有大量应用需求。由于其产品的制造难度较大,因此其成品质量的高低就成为人们最为关注的问题,其中尤以亚表层损伤的问题至关重要。论述了几种常用的亚表层损伤检测方法和原理,分析了其优缺点。在此基础上说明了使用荧光共聚焦显微技术来检测光学元件亚表层损伤的可行性和准确性。使用共聚焦激光扫描显微镜对熔石英玻璃试件的亚表层损伤进行了检测实验。对比了角度抛光法所得到的两种荧光量子点亚表层损伤深度,可以明确在一定的加工条件下亚表层损伤的分布情况。使用图像处理软件Image-Pro Plus 6.0分析了亚表层损伤的分布图像及分布密度,定量的给出了亚表层损伤的基本规律。     

熔石英在HF酸腐蚀下的阈值表征

利用HF酸腐蚀熔石英样品实验,探讨了不同腐蚀时间条件下其表面抗激光损伤阈值的变化,对比了不同阈值表征方式对其结果的影响。结合损伤机理,发现采用50％损伤几率阈值更能反应样品阈值的变化趋势。对测试结果进行了不确定度分析,按国际标准得到的零几率损伤曲线的斜率在一定程度上可以反映测试结果的不确定度及样品表面缺陷密度的分布特征。     

HF蚀刻+逐层抛光法表征熔石英亚表面损伤层深度

脆性材料的研磨过程会不可避免地产生亚表面损伤层,对亚表面损伤层的表征和抑制一直是获得高激光损伤阈值熔石英光学元件的关注热点。回顾了几种亚表面有损表征技术,通过实验重新评价了蚀刻表面峰谷(PV)粗糙度法的可行性,分析了其误差较大的原因。在此基础上,提出了一种新的亚表面损伤层深度检测方法——HF蚀刻+逐层抛光法。分别采用这两种表征技术以及粗糙度估计法、磁流变斜面抛光法对不同工艺研磨的熔石英亚表面裂纹深度进行了对比检测,结果表明这几种表征方法相互符合很好。     

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。     

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。     

光学元件的激光损伤阈值测量

激光损伤阈值的准确测量是研究高抗激光损伤光学元件的必要条件.分析了激光诱导损伤阈值的不确定度来源,包括激光能量测量、光斑有效面积测量、各能量密度处几率的计算以及对损伤几率点进行直线拟合4个方面.利用统计学原理和线性拟合等理论对不确定度分量及测试结果的相对合成不确定度进行了理论推导和计算.1 064 nm高反薄膜样品的实例分析表明,损伤阈值测量的相对合成不确定度为18.72%.     

低介熔融石英陶瓷制备及其介电性能研究

利用固相合成法,以未掺杂的熔融石英砂为基础原料,通过快速升温、短时保温的烧结工艺制备出了具有极低介电常数的熔融石英陶瓷材料。研究了不同烧结温度对材料的烧结特性及介电性能的影响。结果表明:在1 150℃烧结1 h制得的材料,具有较好的性能,其最大相对密度为99%,εr=3.4,tanδ=6.86×10–4(1 MHz),Q.f=12 000 GHz(10 GHz)。     

激光清洗阈值和损伤阈值的研究

讨论了采用波长为３０８ｎｍ，脉冲宽度为２８ｎｓ的准分子激光清洗基片的实验研究，分析了激光清洗过程中清洗阈值和损伤阈值存在的原因，并对它们进行了定量性推导。     

熔石英表面损伤修复点上气泡特征及控制方法的研究

损伤修复点上的气泡是诱导修复点在激光辐照下再次损伤的主要因素,研究了蒸发式和非蒸发式两种损伤修复方式在修复过程中产生的气泡的类型和特征。结果表明,无论哪种修复方式在修复过程中得到的气泡都可以分为球形和非规则椭形气泡两种类型,且气泡的类型与损伤点周围裂纹的形状和尺寸有极大关系。损伤考核结果表明,修复点的损伤阈值会随着气泡数量的增加而呈指数递减趋势变化。讨论了在修复过程中控制和消除气泡的方法和措施,给出优化的处理参数。     

表面划痕对熔融石英材料损伤特性的影响

为进一步了解缺陷材料的损伤特性,建立了激光诱导缺陷材料场损伤分析模型.基于电子增值理论,分析了单划痕的形状和深度以及交叉划痕对光场的调制作用,并深入分析了划痕对材料损伤特性的影响.研究表明,表面划痕对光场产生调制,使光场分布不均.局部光场增强,使材料损伤阈值降低.相比三角形和圆弧形划痕,矩形划痕缺陷熔融石英的调制光场最...     

飞秒脉冲的破坏阈值研究

在Stuart等人理论模型的基础上,综合考虑Ming等人对电子密度衰减机制的研究,对飞秒激光的破坏机制进行了分析。通过计算模拟,分析了多光子电离、雪崩电离、电子衰减等机制与被辐照介质中自由电子密度之间的关系。分析表明脉冲宽度越窄,多光子电离过程提供的自由电子比例越小,其对激光破坏的作用也越小,此时雪崩电离过程将提供绝大部分电子,起到主导的作用;而随着脉宽增大,多光子电离提供的自由电子比例也将增大,其作用逐渐增强。当考虑衰减机制的影响后,电子密度在脉冲后沿不是维持在一个稳定的值,而是在达到极大值后呈下降趋势。在研究电子密度的基础上,利用计算飞秒脉冲破坏阈值的模型,分析了不同的衰减因子对破坏阈值的影响,研究表明,考虑电子衰减机制模拟得到的破坏阈值比不考虑时有所提高。     

光学薄膜激光损伤阈值测试方法的介绍和讨论

目前国内外对光学薄膜激光损伤阈值的测试方法基本上可归纳为3类:国际标准ISO 11254、国军标G JB1487-1992和各单位的企业标准。在简要介绍这些方法的基础上,对各类测试方法的有关内容进行了讨论,并提出尽快与国际标准接轨以及研制并生产这种测试仪器的重要性和迫切性。     

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。