He-Ne散射光检测光学薄膜激光损伤阈值

准确测定光学薄膜的激光损伤阈值可以衡量光学薄膜的抗激光损伤能力,测定损伤阈值的关键是准确地判定损伤的发生与否。建立了He-Ne散射光检测光学薄膜激光损伤阈值系统。通过测量同一样品点的He-Ne散射光能量变化来判断薄膜表面发生的损伤,并对制备的类金刚石薄膜与HfO₂/SiO₂反射膜进行了阈值测试。与等离子体闪光法的阈值测试结果进行比较,具有较好的一致性。分析表明：He-Ne散射光测试系统能有效地判断出激光诱导损伤,易于实现在线检测。     

用透射反射扫描法检测光学薄膜的激光损伤

 用波长1.06μm的激光透射反射自动扫描装置扫描了激光辐照前后薄膜的反射比和透射比。薄膜样品的工作波长为1.06μm。将扫描结果与相衬显微镜观察到的形貌相对照。实验结果表明，用透射反射扫描法不仅能反映出相衬显微镜所能观察到的损伤，而且也能发现某些显微镜所不能发现的损伤。由于透射比和反射比可以反映出薄膜对激光的传输性能，因此也能反映出薄膜能否继续工作，以此来判定损伤与否。因此用透射反射扫描法可以作为检测损伤的手段，由于简单易行，可以在线检测。避免目前损伤测试工作中繁重的人工操作。     

用1064nm激光增强HfO2/SiO2薄膜的抗激光损伤能力的实验研究

 用1 064nm激光实验研究了HfO₂/SiO₂薄膜的激光损伤增强效应，实验以薄膜激光损伤阈值70%的激光能量开始，采用N-ON-1方式处理薄膜，激光脉冲的能量增量为5J/cm²。实验结果表明，激光处理薄膜表面能使激光损伤阈值平均提高到3倍左右，并且薄膜的损伤尺度也明显减小。对有缺陷的薄膜，其缺陷经低能量激光后熔和消除，其抗激光损伤能力得到增强，但增强得并不显著，而薄膜本身的激光预处理，可以使其激光损伤阈值大大提高。     

溶胶-凝胶SiO2酸性膜与碱性膜的激光损伤行为

 采用溶胶-凝胶技术分别在K9基片上镀制了光学厚度相近的单层SiO₂酸性膜和碱性膜。测试了两类薄膜的激光损伤阈值;分别采用透射式光热透镜技术、椭偏仪、原子力显微镜、扫描电镜和光学显微镜研究了两类薄膜的热吸收、孔隙率、微观表面形貌、激光辐照前薄膜的杂质和缺陷状况以及激光辐照后薄膜的损伤形貌。实验结果表明：相对于碱性膜,酸性膜有更大的热吸收和更小的孔隙率,因此其激光损伤阈值较小;两类薄膜不同的损伤形貌与薄膜的热吸收系数与微观结构有关。     

铜膜和铁膜污染物诱导熔石英表面损伤行为的对比研究

采用人工溅射的方式分别在熔石英基片上镀制了光学厚度相近的铜膜和铁膜污染物。研究了熔石英基底在355nm波长的激光损伤阈值。分别采用透射式光热透镜技术、椭偏仪、原子力显微镜和光学显微镜研究了两类薄膜的热吸收、膜层厚度、表面微观形貌以及激光辐照后薄膜的损伤形貌。实验结果表明：熔石英表面的金属膜状污染物均导致基片损伤阈值下降,位于前表面的污染物引起的损伤阈值下降更为严重,约为23％。两种污染物薄膜引起基底的损伤形貌、基底损伤阈值的下降幅度与薄膜的热吸收系数与微观结构有关。从热力学响应角度,结合损伤形貌对污染物诱导熔石英表面形貌的损伤机理进行了讨论。     

VO2光学薄膜的脉冲激光损伤特性测试

为评价VO2光学薄膜在光电器件中的工作可靠性,搭建了可输出连续渐变激光能量密度的脉冲激光照射实验平台,运用1对1与s对12种激光损伤测试手段进行激光辐射照射实验,采用线性外推法和测量计算法2种方法对实验结果进行了处理并得出VO2薄膜在重复频率10 kHz、中心波长532 nm、脉冲宽度15 ps脉冲激光辐射下的损伤特性。结果表明:VO2薄膜损伤几率与脉冲激光的单脉冲能量密度呈线性关系,重复辐射的激光脉冲对VO2薄膜造成的损伤具有积累效应,且重复辐射的激光脉冲次数越多损伤积累效果越明显。     

薄膜体内缺陷对损伤概率的影响

由实验中得到的激光损伤概率与表面杂质密度的关系出发，结合XRD测试和激光损伤测试的结果，得到体缺陷或杂质破坏起主导作用的损伤机理.将激光作用时杂质吸收的热学和力学过程与杂质分布的统计规律结合起来，得到了深埋于薄膜内部的杂质诱导薄膜损伤概率与杂质密度、激光功率密度以及薄膜厚度的关系.该模型认为能诱导薄膜破坏的杂质尺寸范围与杂质填埋深度有关，所以不同深度处能诱导薄膜损伤的杂质密度不一样，理论结果与实验结果符合得很好.该理论模型还可以很好地解释损伤形貌.     

物理法和化学法制备的单层ZrO2膜的激光损伤行为差异

 分别采用电子束热蒸发技术和溶胶-凝胶技术在K9基片上镀制了光学厚度相近的ZrO₂单层薄膜,测试了两类薄膜的激光损伤阈值。分别采用透射式光热透镜技术、椭偏仪、原子力显微镜和光学显微镜研究了两类薄膜的热吸收、孔隙率、微观表面形貌、激光辐照前薄膜的杂质和缺陷状况以及激光辐照后薄膜的损伤形貌。实验结果表明：两类薄膜的不同损伤形貌与薄膜的热吸收与微观结构有关， 物理法制备的ZrO₂膜结构致密紧凑，膜层的杂质和缺陷多；化学法制备的ZrO₂膜结构疏松多孔，膜层纯净杂质少，激光损伤阈值达26.9 J/cm²；因物理法制备的ZrO₂膜拥有更大的热吸收(115.10×10^-6)和更小的孔隙率(0.20)，其激光损伤阈值较小(18.8 J/cm²)，损伤主要为溅射和应力破坏，而化学法制备的ZrO₂膜的损伤主要为剥层。理论上对实验结果进行了解释。     

双离子束溅射沉积HfO­­2光学薄膜的研究

 用双离子束溅射沉积氧化铪光学薄膜，并对此工艺下制备的氧化铪薄膜进行了光学性质、残余应力、结构特性以及激光损伤特性的研究。实验结果表明，用双离子束溅射沉积的氧化铪薄膜不仅结构均匀,膜层致密,无定形结构，而且具有极低的散射和吸收,均匀的非晶结构,杂质缺陷少,激光损伤阈值高。     

溶胶-凝胶法制备高折射率TiO2薄膜

 采用溶胶- 凝胶法制备了TiO₂纳米晶溶胶,并以旋涂法（spin-coating）镀制了高折射率光学薄膜。借助光散射技术和透射电镜研究了溶胶的微结构。采用原子力显微镜、场发射扫描电镜、紫外-可见-近红外光谱仪、椭偏仪、漫反射吸收光谱及强激光辐照实验,对膜层的结构、光学性能及抗激光损伤性能进行了系统的表征。结果显示:纳米晶薄膜的折射率达到了1.9,而传统的溶胶-凝胶薄膜折射率只有1.6;同时纳米晶薄膜的抗激光损伤阈值与传统的溶胶-凝胶薄膜相差不大,在1 064 nm处分别为16.3 J/cm²(3 ns脉冲) 和16.6 J/cm²(3 ns脉冲);纳米晶溶胶薄膜可以在保持较高抗激光损伤阈值情况下,大幅度提高薄膜折射率。     

He-Ne激光对小麦幼苗增强UV-B辐射损伤修复的影响

采用He-Ne激光(5mW/mm²)来辐照处理经增强UV-B(10.8kJ·m^-2·d^-1)辐射损伤的小麦幼苗,通过荧光光谱测定其中双链DNA(dsDNA)的含量,分析研究了He-Ne激光对小麦DNAUV-B损伤的切除修复的影响和机制,以探明激光对UV-B损伤的修复途径及机制.结果表明:He-Ne激光能明显增强UV-B辐射处理后小麦种子的萌发力;小麦对UV-B辐射损伤具有一定的切除修复能力,切除修复的高峰期发生在UV-B辐射后4～6h内;He-Ne激光主要通过促进小麦的切除修复途径影响小麦对UV-B损伤的修复,而且能增强小麦的切除修复能力,其促进作用在修复高峰期(5h)表现尤为明显.     

用散射光观察激光损伤的动态过程

本文利用散射光观察强激光对光学材料损伤的动态过程，详细说明了材料损伤时，散射光变化特点，以及损伤阈值的确定和散射光变化与损伤形貌的关系，并研究了激光损伤累积效应。     

多谱线He-Ne激光器中棱镜组件的热变形研究

拉曼散射分析通常使用多谱线He-Ne激光器作为光源。通过建立多谱线He-Ne激光器腔内棱镜组件的有限元模型,并进行热变形分析,得到了棱镜组件的热变形位移结果。讨论了在棱镜角度改变时多谱线He-Ne激光器输出谱线的变化情况,通过实验进一步验证了仿真结果的准确性。结果表明:多谱线He-Ne激光器长时间工作会使温度升高,严重影响其腔内棱镜的偏转角度,使得其输出谱线发生一定的漂移。当腔内温度继续升高到一定值时会导致激光器不出光,此时,应当采取散热装置或者温度控制措施。     

Mechanism for defect dependence of damage morphology in HfO2/SiO2 high reflectivity coating under nanosecond ultraviolet laser irradiation

High reflectivity coating is designed and fabricated with HfO₂/SiO₂ stacks. The laser-induced damage experiment is prepared by a third-order harmonic generation of Nd:YAG laser (355 nm, 8 ns). Typical damage micrographs are obtained using atomic force microscope (AFM) and scanning electron microscope (SEM). A theoretical model based on the thermal transfer is tried to describe the defect dependence of damage morphology. Three situations are considered in this model: single defect, couple defects and high absorption film. The calculated results show that the second situation agrees well with the experiment.     

Laser Micro-beam Manipulation System for Cells

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｉｎｔｈｅｇｅｎｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ,ｔｈｅｂａｓｉｃｇｅｎｅｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄａｔｐｒｅｓｅｎｔａｒｅ“ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ” .Ｔｏｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ,Ｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎｓｕｃｃｅｓｓｉｓ ｇｒｅａｔｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｆａｃｔｏｒｓｆｒｏｍｔｈｅｏｐｅｒａｔｏｒｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｍａｎｕａｌｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎａｎｄｃｏｎ…     

Laser Micro-beam Manipulation System for Cells

This paper introduces a laser micro-beam system for cells manipulation. The laser micro-beam system comprises a laser scissors and a laser tweezers, which are focused by a Nd∶YAG laser and a He-Ne laser through a microscope objective, respectively. Not only the overall design of the laser micro-beam system is discussed, but also the design and choice of the critical components. A laser micro-beam system was constructed and anticipated experiment results were gained. Yeast cells can be successfully manipulated with the laser tweezers. Chromosomes can be successfully incised with the laser scissors.     

UBK7玻璃后表面缺陷诱导体内激光损伤

 对UBK7玻璃在波长为1.064靘的短脉冲激光作用下产生的损伤进行了研究。通过对体损伤的形貌的相衬显微镜观测,发现体内和后表面炸裂点间的丝状损伤,从而提出后表面缺陷导致体损伤的理论解释。同时分析了表面损伤和体损伤的机理,对后表面损伤阈值低于前表面的原因作了讨论。     

ALD氧化铝单层膜1 064 nm激光损伤特性研究

 采用原子层沉积技术(atomic layer deposition,ALD)在熔石英和BK7玻璃基底上镀制Al2O3单层膜。利用小口径损伤在线测试平台对膜层的1 064 nm激光损伤特性进行了实验测量,获得膜层损伤阈值约为10.3 J/cm2,对比了其与BK7基底损伤阈值之间的差异;利用Nomarski显微镜和原子力显微镜分析讨论了损伤形态的特点,结果表明损伤主要表现为膜层脱落和基片小孔烧蚀,其中小孔深度集中在70 nm～95 nm范围;讨论了损伤发生的诱因,得出膜基界面可能存在吸收源先驱的推断。     

表面Al膜污染物诱导熔石英表面损伤特性

在熔石英表面人工溅射一层Al膜污染物,分别测试污染前后熔石英基片在355 nm波长激光辐照下的损伤阈值,并采用透射式光热透镜技术、椭偏仪和光学显微镜研究了污染物Al膜的热吸收、厚度以及激光辐照前后熔石英的损伤形貌。用355 nm波长的脉冲激光分别辐照位于污染的熔石英和洁净的熔石英前后表面的损伤点,并用显微镜在线采集损伤增长图样,测试损伤点面积。实验表明:熔石英前表面的金属Al膜污染物导致基片损伤阈值的下降约30%,后表面的污染物导致基片下降约15%,位于熔石英样片后表面损伤点面积随激光辐照次数呈指数增长,而位于前表面的损伤点面积与激光脉冲辐照次数呈线性增长关系;带有污染的熔石英样片的增长因子比洁净的熔石英样片的增长因子高30%。