紫外波段高功率激光能量测量用光吸收器的实验研究

研制了适合紫外波段高功率激光能量测量用的光吸收器。实验测定在0.19μm到0.35μm波长范围内响应平坦,在0.248μm波长,纳秒激光下承受5J/cm2而不破坏。     

强激光辐照下充内压圆柱壳的破坏阈值和破坏时间

建立了强激光辐照下充压圆柱壳热力学响应的物理模型和数值计算模型,求解了激光产生的非线性温度场。在此基础上,考虑塑性和屈服强度的温度相关性,求解了非线性的应力场,计算了两种不同类型圆柱壳在高功率连续CO_2激光作用下的破坏阈值,给出了破坏时间与功率密度的关系以及壳体破坏的危险区域。     

氟磷酸盐玻璃的应用研究进展

氟磷酸盐玻璃系统南于其特殊的光学性能和优良的机做与热学性能一直是特种光学玻璃材料领域的一个研究热点。总结了氟磷酸盐玻璃的分类及玻璃组分与其结构的关系,综述了氟磷玻璃在光学器件、高能高功率激光玻璃、光纤激光器、光纤放大器及上转换发光基质材料等领域上的应用,并对其未来的发展进行了展望。     

脉冲激光辐射Ge、MgF_2多晶的实验研究

本文主要采用可调制的激光脉冲波形，改变不同的能量，通过实验研究短脉冲和长脉冲激光作用在Ｇｅ、ＭｇＦ＿２多晶的破坏机制，用电镜扫描技术观察破坏多晶靶片，并对在不同功率及不同脉冲激光辐射靶片的结果作了分析实验，证明在高功率短脉冲激光作用晶体时主要破坏机制是冲击破坏，出现断裂现象，在低功率长脉宽作用多晶时主要以烧蚀和热应力破坏为主，出现烧熔和热应力引起的沿靶片解理面出现微裂现象。另外，通过实验，总结出脉冲宽度对破坏阈值的影响有两种：长脉冲大能量造成Ｇｅ晶体的破坏阈值能量密度高而功率密度低，短脉冲作用Ｇｅ晶体时能量密度低而功率密度高，并做出了不同激光功率密度随激光作用时间破坏Ｇｅ晶体的破坏阈值曲线。     

重频脉冲CO2激光损伤K9玻璃的实验

对脉冲CO2激光在不同重频模式下损伤K9玻璃进行了实验研究。采用输出能量为10 J,脉宽为90 ns,重复频率在100 Hz至300 Hz之间连续可调的脉冲CO2激光器,对K9玻璃样品进行了激光损伤实验,观察到两次不同重频条件下样品的损伤形貌。实验结果表明,重频越高,对样品的损伤程度就越严重;应力损伤成为K9玻璃激光损伤的最主要的原因,在重频强激光的辐照下,K9玻璃表面出现强烈的等离子体闪光,伴随明显的熔融气化破坏,并形成等离子体爆轰波。爆轰波对玻璃材料产生了严重的力学冲击作用,这种应力作用足以对K9玻璃造成毁灭性破坏。运用有限元分析对激光辐照K9玻璃的温度与应力分布进行仿真,其计算结果与实验基本吻合。     

用于激光核聚变的玻璃

介绍并对比了用于高功率激光核聚变的硅酸盐、磷酸盐、氟磷酸盐掺钕玻璃;介绍了玻璃成分与光谱及激光参数的关系,以及非线性折射率和钕离子4F3/2→4I11/2能级对不同玻璃成分中的受激发射截面、荧光寿命的影响;此外还对大型激光玻璃的特殊工艺———磷酸盐激光玻璃的连续熔炼工艺、除水工艺和除铂工艺原理作了讨论。     

新型高功率中红外光纤激光材料与超连续谱激光研究进展

制备出一种具有较好热稳定性和化学稳定性的氟碲酸盐玻璃光纤,并利用其作为非线性介质研制出光谱范围覆盖0.6～5.4μm的宽带超连续谱(SC)激光光源和平均功率约为20 W、光谱范围覆盖1～4μm的SC激光光源。主要对目前国内外高功率中红外SC激光光源的研究进展进行了总结,包括氟化物玻璃光纤和氟碲酸盐玻璃光纤的材料特点和以其作为非线性介质的SC激光光源,并对此类SC激光光源的进一步发展进行了展望。     

激光阈值法测量磷酸盐钕玻璃片中心波长的研究

利用激光阈值法对两种应用于高功率固体激光片状放大器中的磷酸盐激光玻璃的中心波长进行了实验测试。实验结果表明,国产新型N31磷酸盐激光玻璃的中心波长为1052.7nm,俄罗斯进口某型号磷酸盐激光玻璃的中心波长为1051.4nm。     

面向高功率激光隔离器的磁光材料（特邀）

磁光材料作为激光隔离器中的核心部分，在激光系统尤其是高功率激光器中起到确保激光单向传输、保护种子源及前端系统、稳定激光输出的重要作用。介绍了目前近红外波段高功率隔离器中磁光材料的国内外研究现状，阐述了磁光材料在高功率条件下的关键磁光特性及其对器件性能的影响。对比了常用的TGG单晶、铽玻璃与数种新型高功率磁光材料如TSAG单晶、TAG陶瓷和TGG陶瓷的高功率性能，重点讨论了掺杂离子和制备工艺对TAG陶瓷高功率磁光性能、热光性能的影响以及最近TAG陶瓷研究的新进展，及其重要应用需求，探讨了仍处于起步阶段的3~5 μm“大气窗口”中红外波段磁光材料的发展方向及前景。     

大功率激光入纤弯曲损耗机理研究

针对高功率激光入纤时对光纤弯曲处损耗增加的问题,本文设计了多种外界环境干扰下的测试系统,并分别在常温和高低温条件下测试了高功率激光对光纤的损伤规律,通过测试结果与理论分析相比对揭示了高功率激光导致光纤弯曲处损耗的机理。本文提出在光纤弯曲处由于应力作用在光纤中产生了一些游离的粒子,这些粒子在高功率激光注入时会产生局部高温,导致光纤出现微小裂缝,从而改变纤芯与包层之间的折射率差,破坏原本的全反射条件,造成光纤损耗增加。研究结果表明,基于光纤的弯曲损耗理论以及热损伤理论建立的数值仿真模型可准确拟合实验测试结果,而高低温测试条件加速了这一过程,导致光纤损耗增加速率高于常温下的测试结果。     

激光辐照下铝膜反射镜温升和热应力的计算

分析了激光对以K9玻璃为基体的铝膜反射镜的加热问题,将铝膜作为平面热传导,K9玻璃基体作为三维热传导,用有限元法计算了温度分布和K9玻璃基体的热应力分布,讨论了反射率和激光传输距离对温升和热应力的影响。结果表明,二者对温升和应力的影响很大,铝膜反射率增大,温升和应力变低,激光传输距离增加,温升和应力也变低。铝膜的破坏阈值大于K9玻璃的破坏阈值,在确保铝膜反射率的同时,根据K9玻璃基体应力小于其抗拉强度来选择合适的传输距离,可避免反射镜破损。     

激光辐照光学材料热力效应的解析计算和损伤评估

光学元件的损伤是高功率激光技术发展的一个瓶颈，为此以连续CO2激光辐照K9玻璃为例，研究了连续激光辐照光学材料的热力损伤机理。通过积分变换方法，求解热传导和热弹性力学方程组，由此得到激光辐照引起的温度场和热应力场的瞬态分布。研究中发现在高斯光束作用下，热扩散长度的概念不再适用，因此通过曲线拟合方法，推导出最大热应力的位置与辐照时间的关系，并由此计算出材料的损伤阈值。由于K9玻璃的应力损伤阈值小于熔融损伤阈值，因此当激光作用引起的环向热应力大于材料的抗拉强度时，材料发生永久性损伤，损伤形态为拉伸解理。将理论模型的相关结论与实验结果相对比，两者吻合得很好。     

高损伤阈值氟化氘腔镜研制

报道了氟化氘(DF)激光器腔镜的膜系设计、材料选取、制备工艺及其损伤阈值和热畸变测试结果。实验结果表明，镜面在21kW／cm^2功率密度下的热畸变为0．32左右(λ=632．8nm)，腔镜的损伤阈值大于40kW／cm^2。     

高功率激光对光电器件的热-力破坏效应

热-力破坏效应是导致光电器件激光损伤的重要因素.以激光与材料相互作用机理为基础,建立了激光辐照光学材料、光电器件的热-力学模型,并对其温度场分布和热应力场分布进行了解析求解.在此基础之上,对激光对K9玻璃、类金刚石薄膜、胶合透镜和HgCdTe探测器的热-力破坏效应进行了数值分析和实验研究.     

脉冲CO2激光损伤K9玻璃的实验与仿真

对脉冲CO2激光损伤K9玻璃进行了实验与仿真研究.采用输出脉宽为10μs的脉冲CO2激光器对K9玻璃样品进行激光损伤实验,并且建立了脉冲CO2激光损伤K9玻璃的理论模型,利用有限元法对K9玻璃样品中的温度和应力分布进行数值分析.研究表明,K9玻璃的损伤阈值为6.533 J/cm2;入射激光能量密度越高,样品的损伤程度就越大,并且多脉冲对样品的损伤程度明显大于单脉冲;在激光能量较强的情况下,K9玻璃表面在光斑区域内形成熔融损伤和由压缩应力造成的应力损伤,在光斑区域外围则形成由环向拉伸应力造成的应力损伤,仿真分析结果与实验结果吻合良好.     

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。     

毫秒激光辐射K9玻璃的激光损伤研究

利用毫秒激光损伤测试平台,通过改变焦距和聚焦位置,研究了K9玻璃前后表面附近的损伤概率和损伤形貌。结果表明,焦平面位于前表面时以热熔损伤为主,焦平面位于后表面时则以应力损伤为主,且尺寸明显大于前表面。建立二维热力学模型并对温度场和热应力场进行计算,结果显示,径向应力和环向应力是导致材料产生应力损伤的主要因素。激光辐照过程中在前表面产生的燃烧波能够增强激光能量耦合效率,是材料前表面产生熔融损伤的原因之一。此外,实验发现,焦距较短时,损伤概率随焦平面与样品表面距离的增大迅速下降,焦距较长时,易在样品前后表面同时产生损伤,这与透镜的焦深有关。     

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...     

小型化轴流式非链式脉冲氟化氘激光器

采用轴流循环流动方式更新非链式脉冲氟化氘（DF）激光器工作介质，搭建了一台小型化自引发放电DF激光器实验装置，开展了轴流DF激光器输出性能实验研究。单脉冲工作时，在工作气体配比SF₆∶D₂=10∶1，总气压8 kPa时，实现单脉冲能量800 mJ激光输出，全波半高宽约120 ns，其性能与横流放电非链式脉冲DF激光器相似。重复频率放电时，实现了DF激光器重复频率20 Hz稳定运转，得到的最大输出功率为13.1 W，重频脉冲幅值差优于±5%，并展望了轴流式DF激光器高重频工作的前景。文中提出的轴流式非链式脉冲DF激光器为小型化、工程化中红外光源提供了新的技术途径。