皮秒激光辐照下半导体表面结构变化的研究

研究了皮钞激光辐照下，半导体吸收和反射特性与材料性质、激光能量密度及激光产生电子-空穴等离子体的关系。实验测量了硅材料与掺杂硅材料表面反射率与Nd:YAG锁模激光器能量密度的关系曲线，给出了分析靶面结构的方法。     

迷彩涂层1064 nm激光散射特性测量及建模

迷彩涂层1064 nm激光散射特性对激光探测装备的极限作用距离和军事装备激光隐身性能有显著影响,而目前对涂层材料的激光散射特性的研究大都是针对单一种类涂层。本文根据不同类型迷彩涂层由不同颜色组成的特点,通过分别测量不同颜色迷彩涂层的双向反射分布函数(BRDF),再根据国军标中不同迷彩涂层颜色的面积比例规定进行加权计算,得到不同种类迷彩涂层的BRDF。以草原夏季型迷彩涂层为例,利用上述方法对其BRDF进行测量和计算,并利用五参数经验模型进行参数建模,得到草原夏季型迷彩涂层的参数模型。通过拼接实验,验证了计算方法的正确性。对于进一步研究军事装备的涂层材料激光散射特性提供数据依据,为研究类似情况下多种材料复合涂层的激光散射特性研究提供了借鉴思路。     

激光作用下石墨反射特性研究

构建了表面反射特性的测定装置,开展了激光作用下石墨材料反射特性研究,测量得到了石墨材料表面反射特性随温度变化的曲线,探讨了反射特性随温度发生变化的机理。研究结果表明,在1.064 μm连续激光辐照作用下,石墨材料温度达到400℃以上时,其反射率呈明显的下降趋势,并最终保持在一个相对稳定的水平;石墨表面反射特性也由激光加载前的混合反射转变为加载后的漫反射。石墨表面反射特性的变化,与激光加载作用下石墨材料中有机物质分解以及其内部空隙中残留有一定量的微小灰分被烧蚀有关。     

YSZ全陶瓷涂层加固薄板在激光辐照下的热响应

实验与数值模拟手段相结合,研究了YSZ全陶瓷涂层加固钛合金薄板在976 nm连续波激光辐照下的热响应。比较了不同功率密度下的温度历史曲线和表面形态。考虑主要换热因素,建立了样品温度场模拟的数值模型,根据实验后YSZ涂层未辐照区与辐照区的反射率测量结果描述了辐照过程中耦合系数的变化。结果表明:YSZ全陶瓷涂层对近红外波段激光具有良好的反射特性,显著提高了基材的抗激光损伤能力;激光辐照过程中耦合系数的变化对温度场有重要影响,耦合系数的变化可能与表面的微量烧蚀过程密切相关。     

10.6μ激光波段镀金SiC板的反射特性

采用所研制的自反射测量系统研究了波长10.6μm激光辐照下SiC镀金反射板和不同表面颗粒镀金砂纸的双向反射率角分布特性。实验结果与根据表面光散射的辐射传输方程导出的双向反射率理论模式基本一致,表明粗糙表面的双向反射率主要由表面颗粒的单次散射、后向反射和多级散射组成。本文还讨论了影响表面双向反射率的因素及其解决的方法。     

一种表面激光散射特性数据三维测量方法

激光双向反射分布函数(BRDF)数据测量是一种获得目标表面信息的重要手段。利用几何光学理论建立了目标表面BRDF模型,采用激光器、激光能量密度测量设备、转台、漫反射板等光电实验室常用测量设备,在相同的几何和物理条件下,分别测量样品和散射特性已知的漫反射板对激光能量的散射特性数据,推算出样品的BRDF数值;保持测量平面静止,通过翻转被照射表面获取样品表面的三维BRDF数据,推算了翻转过程中测量点的角度换算关系;利用测量结果,进行了目标表面BRDF模型的参数优化,建立了样品表面BRDF模型;实验环境容易构建,操作简便,为研究目标表面激光散射特性提供了一种新的研究思路。     

1.319 μm激光照明条件下目标特性的实验研究

目标表面的反射特性主要由双向反射分布函数来表述,利用双向反射分布函数经验公式推导了激光主动照明条件下的目标反射截面,给出一种近似计算的方法,基于该方法计算了圆锥体目标激光反射截面。采用1.319μm固体激光器,搭建实验平台,实际测量了圆锥体目标反射截面随入射角度的变化趋势,同提出的计算方法计算得到的结果相一致。实验测量了圆板,圆柱,圆锥等目标在不同涂层时目标反射截面随入射角度的变化关系。结果可以为激光主动照明系统模型的优化及后续目标特征的提取与识别工作提供参考。     

超快激光制备金属表面微纳米抗反射结构进展

材料表面抗反射性能在太阳能利用、光电子产品、红外传感和成像、军事隐身、以及航空航天等领域均具有重要应用价值。文中对材料表面抗反射特性的重要用途、人工实现路径、表面抗反射结构的研究现状及存在的问题等做了详细的论述。目前,国内外学者已经利用碳纳米管涂层和硅表面针状纳米结构实现了优异的超宽波谱抗反射性能。但迄今为止,金属表面微纳米结构的抗反射能力仍有很大的改善空间。作者所在的清华大学材料学院激光加工研究团队运用新一代高功率高频率超快激光,在金属表面制备出多种类型的特征微纳米结构,对其抗反射性能进行系统研究,实现了紫外-可见、紫外-近红外、紫外-中红外与紫外-远红外分别为2%、6%、5%和8%的超宽光谱超低反射率,并且在0~60入射角度范围内无明显变化。进一步在微纳米结构基础上发展了宏-微纳-纳米线多级多尺度复合结构,在16~17m波长处的总反射率低至0.6%,在14~18m波长处总反射率不超过3%。上述优异超宽光谱抗反射性能预期具有良好应用前景。     

用于太阳能电池的多晶硅激光表面织构化研究

介绍了利用激光制备多晶硅表面织构的研究结果。采用激光在硅片表面刻蚀,然后利用化学方法去除残渣和损伤,制得均匀的表面陷光结构。通过扫描电子显微镜,HitachiU-4100分光光度计和Semilab WT2000少子寿命仪分析了表面织构化后硅片的表面形貌、反射率和少子寿命。通过调节激光和化学腐蚀参数得到很好的陷光效果,表面反射率最低可以降到约10%。但是激光刻蚀对硅片性能仍有一定损伤,有待改进。激光表面织构为多晶硅的减反射处理提供有效的途径。     

一种新的大功率激光能量测试系统设计与分析

根据几何光学及物理光学中光的折射和反射理论,通过分析以往实验数据统计出在一定入射角范围内反射率为定值的规律特性,计算了不同偏振态激光和自然光的反射率;根据计算结果并结合本单位实际保障条件,设计了一种新的大功率激光能量测试系统;利用该测试系统对不同波长、不同脉冲能量激光进行了实际测试,发现了自然光与脉冲激光在相同条件下反射率差异,得出了利用该测试系统测试大功率激光脉冲能量时入射角应小于10°的结论.     

激光隐身效果评价方法研究

根据激光隐身原理提出了用相对反射比、隐身距离和隐蔽系数评价激光隐身效果的三种方法,并对各种方法的优点、适用范围及局限性进行了分析。     

光子晶体隐身应用分析

激光隐身和红外隐身的兼容是现代战场的迫切需求,但是二者对材料的要求是相互制约的,利用掺杂光子晶体的缺陷能级形成的“光谱挖孔”结构可以很好地解决这一难题。利用薄膜光学理论中的特征矩阵法计算了设计的掺杂ZnSe的CdSe/SiO2光子晶体薄膜的反射、透射和吸收光谱,计算结果表明掺杂光子晶体能够很好的满足热红外与1.06μm或10.6μm激光隐身兼容的要求。指出掺杂光子晶体的缺陷能级是由高透射引起的低反射,并不满足激光隐身的实际要求,解决方法是在光子晶体薄膜的基底中引入吸收材料,从而把缺陷能级透过的激光吸收掉。     

敦煌辐射校正场地表反射率稳定性分析

辐照度基法确定卫星各波段的定标系数时,要求精确测量辐射定标场的地表反射率和漫射辐射度与总辐射度的比值。中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室分别于2013年6~8月及2014年8月期间,协同其他单位在敦煌校正场运用辐照度基法进行场地辐射定标,实测过程中使用ASD、SVC光谱辐射计,运用野外参考板反射率因子法确定敦煌校正场的地表反射率。详细阐述地表反射率测量方式及数据处理方法,根据实地观测数据,分析当前场区的地表反射率并与历史数据相互比对。结果显示,敦煌校正场地表反射率在时间和空间上均保持良好的稳定性。     

基于频率锁定的腔衰荡光谱技术及其在镜面反射率测量中的应用

腔衰荡光谱技术(CRDS)由于其具有高灵敏度、高精度、装置简单等特点,被广泛应用于痕量气体检测、镜面反射率测量等领域。建立了一套基于连续波频率的腔衰荡光谱(CW- CRDS)装置,基于Pound-Drever-Hall(PDH)频率锁定技术将激光器的频率锁定到光学腔的纵模上,从而保证了激光功率到腔模的高效耦合。通过观测不同的声光调制器(AOM)关断频率对应的透射信号,得到光路最佳关断频率为60 kHz。使用该系统测量了光学腔腔镜的反射率,通过与非锁定情况下测量得到的结果进行对比,得出锁定后的结果漂移减小,误差也压缩为非锁定情况下的1/3。     

光电隐身性能的表征概述

介绍了光电隐身的内容,阐述了光学隐身、红外隐身、激光隐身性能的表征方法,包括 材料性能的表征方法和目标隐身效果的评价方法。     

一种基于光子晶体的中远红外双波段兼容伪装材料

光子晶体作为一种新型人工结构功能材料,基于其光子禁带的高反射特性可以实现热红外伪装。选择红外波段透明的薄膜材料A、B,设计出在中远红外波段具有高反射禁带的光子晶体,利用薄膜光学理论的特征矩阵法计算了反射光谱。通过构造异质结构光子晶体,实现了光子带隙的展宽,该结构光子晶体基本上实现了中远红外双波段的高反射,在2.94~5.06μm和7.66~11.98μm波段的光谱反射率接近为1;在2.91~5.12μm和7.62~12.29μm波段的光谱反射率大于95%,较好地满足了中远红外双波段兼容伪装的要求。倾斜入射时光子晶体的TM波和TE波的反射光谱是不同的,随着入射角度的增加,TM波的带隙逐渐变窄,而TE波的带隙逐渐变宽。     

受激布里渊散射位相共轭激光器自调Q机理研究

基于受激布里渊散射的位相共轭激光器能够产生自调Q 脉冲并有效改善光束质量，分析了位相共轭激光器的自调Q 机理，认为SBS 属于快开关，可以采用阶跃函数描述而无需考虑过渡腔中复杂Q 值变化过程，分析了起始腔后反射率、耦合输出率以及SBS 饱和反射率对Q 调制过程以及输出脉冲时域和能量特性的影响，认为在设计SBS 激光器时应在保持阈值前提下选取具有较低后反射率的腔镜和具有较高SBS 饱和反射率的介质，在综合考虑耦合输出效率前提下优化选取合适的耦合输出率。     

高精度测量高功率光纤激光器低反光纤光栅反射率的方法

作为高功率光纤激光器谐振腔的输出端，低反光纤光栅（Output Coupler，OC）的反射率值较小，采用基于透射谱的方法测量OC反射率时，光源功率不稳定或光谱仪测量的误差，会使得OC反射率的测量结果产生较大误差。因此提出一种基于菲涅耳反射原理，获得反射谱测量OC反射率的方法。通过实验对该方法进行了验证，结果表明该方法的测量精度和稳定性有了显著提高。同时分析了该方法带来的带宽测量不准确的问题，提出了使用折射率匹配液的方法解决了该问题。