近阈值能量密度下薄膜的激光损伤特点

采用毫米量级大光斑的近单模的激光器,控制入射薄膜表面的激光能量,获得了几种常见单层膜和增透膜的损伤形貌,实验结果表明,薄膜的损伤可区分为熔化型和应力型两种,薄膜表面等离子体对损伤斑点的扩大有重要作用。     

几种紫外薄膜材料的光学及损伤特性分析

为进一步改善大型固体激光器3倍频用薄膜的光学及损伤特性,利用不同的测试方法系统对比研究了电子束蒸发方式制备的几种紫外薄膜的光学常数、晶体结构、表面粗糙度以及弱吸收和其激光损伤特性间的相互关系。研究表明:薄膜的弱吸收和其禁带宽度共同制约了其激光损伤阈值,而薄膜因晶相结构的产生而增大的表面粗糙度对其激光损伤阈值无影响。大弱吸收的薄膜其损伤表现为非常微小的吸收点向外扩张构成的较大的破坏点,而低弱吸收的薄膜其损伤则表现为瞬间吸收引起大的损伤。     

K9玻璃表面的1064nm激光损伤

K9玻璃是一种性能优异的光学材料,作为激光薄膜的基底,其抗激光损伤的特性和能力,直接影响高功率激光薄膜的性能,特别是对激光增透,偏振膜。本论文采用10ns的1064m激光,实验研究了K9玻璃前后的激光损伤特性,用Normski显微镜分析损伤图貌,结果显示玻璃前后表面的激光损伤表现不同。前表面主要表现为烧伤,后表面主要表现为破斑,前后表面的损伤阈值之比约为1．4。后表面的损伤形貌与前表面相比,基本为灾难性损伤,多次激光脉冲打击显示,后表面的激光损伤尺度随着激光脉冲数呈指数增长。     

HfO2／SiO2薄膜缺陷及激光损伤特性分析

对光学中心镀制的HfO2/SiO2高反、增透和偏振膜等,用台阶仪、Normaski和原子力显微镜详细分析了薄膜表面的微结构缺陷如孔洞,划痕和节瘤的形状,以及缺陷对应的激光损伤图貌.原子力显微图貌显示,节瘤缺陷表现为薄膜表面突起光滑圆丘,直径多为2～10 μm,为微米量级的膜料颗粒在镀膜过程中溅入薄膜形成.脉宽10 ns波长1064 nm的激光损伤实验表明,缺陷是薄膜激光损伤的主要诱导源,其中以节瘤缺陷的损伤阈值最低,划痕次之,孔洞最高,薄膜的零概率激光损伤阈值主要由节瘤缺陷的激光损伤能流密度决定.对应不同的缺陷,高反膜的激光损伤通常表现为孔洞,疤痕和层裂,疤痕为薄膜表面激光烧伤形成,层裂主要为激光强电场在膜层中形成驻波电场,造成应力变化所致,孔洞为节瘤缺陷激光损伤后形成,形状与大小和薄膜固有孔洞相似,直径多小于15 μm,其激光再损伤能力也与薄膜固有孔洞相似.激光损伤创面的台阶仪分析表明,HfO2/SiO2高反薄膜未镀SiO2半波覆盖层时,1-ON-1激光损伤使薄膜表面粗糙外凸,而镀了SiO2半波覆盖层的薄膜,激光损伤面内凹,表面光滑,抗激光再次损毁能力较前者强.(OH5)     

激光辐照TiO2/SiO2薄膜损伤时间简捷测量

为了测量激光辐照薄膜的起始时间,采用了一种简洁易行的测量方法,利用波长1.06μm和1.315μm连续激光以及1.06μm单脉冲激光辐照典型薄膜光学元件,通过探测器接收激光脉冲信号和薄膜表面的激光反射信号,薄膜表面反射信号在激光辐照过程中的某个时刻发生突变,发生突变的时间对应着薄膜发生损伤的时间。得到1.06μm连续激光强度为7133W/cm2时,反射信号在0.8 s发生突变,强度为11776W/cm2时,反射信号在0.4 s发生变化;1.06μm单脉冲激光能量为48.725mJ,97.45m J,194.9m J时,薄膜损伤时间为3.63ns,2.727ns和1.09ns;1.315μm连续激光强度为2743W/cm2时,反射光信号在辐照时间t=3.44 s发生突变;强度为4128W/cm2时,薄膜表面反射光信号在辐照时间t=1.44s发生突变。结果表明,通过测量薄膜表面反射信号的突变来确定薄膜损伤的起始时间,对于薄膜抗激光加固,以及提高光电系统的抗激光能力有着重要的意义。     

193nm薄膜激光诱导损伤研究

概述了193nm薄膜激光诱导损伤的研究进展.通过对紫外到深紫外波段几种典型薄膜损伤形貌的介绍,对比分析了193nm薄膜激光诱导损伤的可能原因.指出在该波段的氧化物薄膜损伤中,吸收是导致薄膜大块损伤的重要因素,而氟化物的薄膜损伤则是由沉积过程的膜层局部缺陷造成.根据薄膜样品的损伤分析表明,薄膜的某些制备参量与激光损伤阈值...     

不同工艺条件下TiO2单层膜的吸收和损伤阈值测试

利用电子束热蒸发技术在不同氧分压和烘烤温度下镀制了一系列TiO2单层膜,采用表面热透镜技术测量了样品在1064nm处的弱吸收值,并用激光损伤测试平台测量了样品的抗激光损伤阈值(LIDT)特性。实验结果表明较高的氧分压和较低的烘烤温度能显著减小薄膜的吸收值。不过薄膜在基频下的损伤阈值除了受到薄膜吸收值的影响外,还取决于基底表面的杂质密度,当薄膜吸收较大时,本征吸收对损伤破坏起到主要作用;随着薄膜的吸收逐渐减小,基底表面处的缺陷吸收逐渐取代本征吸收成为影响薄膜损伤阈值的主导因素。     

液相外延碲镉汞薄膜的表面损伤研究

HgCdTe薄膜表面损伤层厚度测试对其加工工艺及其重要。本文采用白光干涉仪对HgCdTe薄膜表面粗糙度测试,并与损伤层厚度对比,研究发现粗糙度值达到稳定值后,上一步工艺引入的表面损伤已经完全去除,表面的损伤为抛光工艺引入的损伤。这一方法,既能方便快捷地确定损伤层是否完全去除,又未对测试样品产生破坏。     

脉冲激光诱导TiO2/SiO2薄膜表面损伤性能实验

高功率的激光系统对光学元件的抗激光损伤性能的要求不断提高。主要研究薄膜在脉冲激光诱导作用下的损伤特性及其机理,实验采用YAG脉冲激光器对TiO2/SiO2薄膜样片进行1-on-1方式的激光诱导。实验结果表明:采用低能量激光诱导对薄膜的光学透过率影响不大。经低能量激光诱导后,薄膜的表面结构缺陷得以修复,表面结构趋于完整,变得均匀和细腻。脉冲激光诱导TiO2/SiO2薄膜样片,激光能量阶较小时,其损伤阈值随能量增加而增加,损伤阈值最大可增加1倍;激光能量阶较大时,其损伤阈值随能量增加而减小。     

不同场强分布的1064nm激光减反膜损伤特性

设计了两种具有不同场强分布的1 064nm减反射膜结构,即G/H3L/A和G/M2HL/A。采用离子束辅助沉积技术,在K9基底上制备了薄膜,并对薄膜在强激光下的损伤斑形貌及损伤阈值(LIDT)进行了测量。研究结果表明:薄膜的场强分布不同,其抗强激光的能力也不相同。当两种膜系的电场强度(归一化电场强度平方)在薄膜-空气界面处分别为1.039和0.906时,对不同的激光能量(180,150和120mJ),样品G/H3L/A的表面破损斑尺寸均大于样品G/M2HL/A;两种薄膜的激光损伤阈值分别为12.3J/cm2和14.8J/cm2(激光波长为1 064nm,12ns)。这说明,较小的薄膜-空气界面电场强度,有利于激光损伤能力的提高。因此,对于减反射薄膜,在膜系设计时,采用合理的场强分布,降低薄膜-空气界面的电场强度,可以有效改善薄膜的激光损伤特性。     

多波长飞秒激光损伤可见光滤光片的实验及机理

针对飞秒激光作用光学该实验条件下薄膜过程中损伤阈值与激光波长的关系问题,利用近红外波段波长可调谐的高重频飞秒脉冲激光,对可见光滤光片光谱通带的过渡区域进行了背向损伤实验,测量了不同波长下的平均功率密度损伤阈值,并从飞秒激光作用的雪崩电离过程出发,推导并计算了该阈值与薄膜干涉场分布的关系,理论结果较好的预测了不同波长下平均功率密度损伤阈值的发展趋势.研究表明,该实验条件下薄膜的飞秒激光损伤是整体行为,同一样品中,干涉场分布的平均值越高即膜层中瞬时驻留的激光能量越大时,相应损伤阈值越低.     

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。     

1064nm激光多脉冲下HfO2/SiO2高反膜损伤规律

利用小口径元件损伤测试平台对HfO2/SiO2高反膜的1 064 nm激光多脉冲损伤规律进行了研究。研究结果表明:多脉冲作用下HfO2/SiO2高反膜损伤在形态上主要分为色斑和层裂两类,在一定条件的多发次脉冲作用下,色斑损伤存在向层裂损伤转换的趋势;层裂损伤尺寸随脉冲发次呈指数递增后趋于极大值的变化规律,且终态尺寸与辐照激光能量密度呈近似线性关系;色斑S-on-1损伤阈值与脉冲发次关系不明显,而层裂S-on-1损伤阈值随脉冲发次增加呈指数衰减后趋于极小值的变化规律。采用衰减公式拟合手段,对元件抗损伤能力退化规律进行了初步的定量分析。     

HF酸处理对石英玻璃355 nm激光损伤影响研究

利用HF酸处理提高石英玻璃355nm激光诱导损伤阈值,通过优化HF溶液浓度以及石英玻璃表面的酸处理时间,石英玻璃的透过率和损伤阈值均有所提高,均随HF酸浓度以及酸处理时间的增加呈现先增加后下降变化。实验结果表明质量分数10%的HF浓度刻蚀60 min后石英玻璃的激光损伤阈值为15.17 J/cm2,相比酸处理前提高了167.5%。对比分析了相同激光能量密度作用下有无HF酸处理石英玻璃表面损伤面积变化,最后给出了HF酸处理提高石英玻璃的激光诱导损伤阈值机制。     

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%.     

高损伤阈值激光反射镜的设计方法

为了提高激光反射膜的光谱特性和抗激光损伤特性,提出了一种高损伤阈值激光反射镜的设计方法：采用HfO2-Nb2O5-SiO2多材料混合膜系结构,利用Nb2O5-SiO2折射率差值大的特点,在较少的膜层数下达到高反射率要求;利用HfO2-SiO2组合具有高的抗激光损伤特点,在Nb2O5-SiO2膜堆的最外部分叠加HfO2-SiO2膜堆,取长补短,做到采用较少的膜层数,达到高反射率要求,同时提高薄膜的抗激光损伤能力.该方法能灵活有效地按照不同膜系要求进行材料组合,具有很高的实用价值,达到工程最优化设计.     

光电探测器激光损伤因素及其成因分析

给出了光电探测器激光能量损伤阈值的参考表达式,并对导致激光损伤的显性和隐性因素及其成因进行了分析。给出了激光损伤阈值同部分损伤因素的大致变化关系,为激光干扰、致盲武器系统的设计奠定了基础。     

单脉冲激光损伤CCD探测器的有限元仿真

为了研究激光对CCD探测器的损伤效应,采用有限元分析的方法进行了激光损伤CCD的理论分析和实验验证。阐述了激光辐照CCD探测器的损伤机理,设计了激光辐照CCD探测器热效应的仿真模型,针对波长为532nm的高功率激光辐照硅基CCD探测器而产生的热效应,利用有限元法进行了仿真计算,得到了CCD探测器受到532nm激光辐照时硅电极的温度曲线以及硅电极损伤时间阈值,并相应计算出损伤CCD探测器所需要的激光能量阈值为220mJ/cm2左右。结果表明,损伤阈值随着激光功率密度的增大而减小,但变化幅度不大;当多脉冲毫秒激光辐照CCD探测器,在一个脉冲结束、下一个脉冲到来之前,探测器温度恢复到环境温度。该模型可以较为准确地对单脉冲激光辐照CCD探测器时产生的热损伤效应进行模拟。