HF酸腐蚀熔石英表面激光损伤增长研究

用3%浓度的HF酸对熔石英表面刻蚀一个波长后,在三倍频激光条件下对损伤尺寸与激光辐照次数的关系进行了测试分析.实验使用波长为355nm,脉宽为10ns,频率为3Hz的Nd:YAG调Q激光器测试系统.测试结果表明,在一定的激光参数(脉宽、波长和能量)下,每个点的损伤尺寸在一定的辐照次数以后基本不再发生变化.当从激光损伤开始发生到损伤尺寸基本不再变化,损伤点的横向直径与激光辐照次数基本呈指数增长关系.     

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。     

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。     

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.     

3ω激光辐照下熔石英的损伤增长研究

对熔石英在三倍频激光条件下损伤尺寸与激光辐照次数的关系进行了测试分析。结果表明,在一定的激光参数(脉宽、波长和能量)下,每个点的损伤尺寸在一定的辐照次数以后基本不再发生变化。当从激光损伤开始发生到损伤尺寸基本不再变化,损伤点的横向直径与激光辐照次数基本呈指数增长关系。     

熔石英亚表面微缺陷原位表征及损伤阈值研究

通过对熔石英表面和亚表面划痕的原位测量,研究划痕的表面均方根(RMS)粗糙度、宽度和深度在HF溶液中刻蚀不同时间后的变化规律,测试了不同刻蚀时间下熔石英的损伤阈值。实验结果表明:随刻蚀时间的增加,表面RMS、划痕深度及宽度的总体变化趋势是增加的;熔石英的损伤阈值随刻蚀时间的增加,在1～10min时间段呈增加趋势,在20～40 min时间段呈下降趋势,而在60～120 min时间段先增加后降低。综合熔石英划痕的微观形貌损伤阈值的测量结果认为,刻蚀10 min时效果最佳。     

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。     

激光聚焦熔石英表面产生击穿的热力学效应分析

利用纳秒激光脉冲辐照熔石英玻璃产生击穿的方法,仔细观测了熔石英表面损伤的微观形貌,并基于激光击穿过程的热力学效应对损伤机理进行了研究。研究表明:激光脉冲能量的沉积主要是基于激光等离子体的逆韧致吸收效应,高温高压等离子体是导致熔石英玻璃损伤的主要因素;熔石英玻璃在击穿过程中伴随着温度升高、材料熔化、气化以及电离等过程,这些效应使得玻璃发生相变以及断裂,而冲击波效应会使得相变材料发生去除辐照区周围玻璃发生剥离而形成大范围的坑状破坏点。     

熔石英元件非吸热性杂质对后表面光场的调制

为了研究熔石英元件体内非吸热性杂质导致损伤和光束质量下降,采用时域有限差分法计算杂质散射光场和分步傅里叶算法计算散射光场非线性传输的方法,得到了半径在入射波长量级的气泡和氧化锆杂质可放大光场振幅约1.6和1.9倍,且经非线性传输光场会分裂,调制会加深的结果。结果表明,元件体内杂质可导致元件后表面的损伤和光束质量的下降。     

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%.     

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。     

飞秒激光背部湿刻石英玻璃微通道的研究

为了获得飞秒激光背部湿刻石英玻璃微通道的最佳参量,通过分别改变飞秒激光的功率、刻蚀速率和显微物镜的放大倍数进行了实验。采用超景深显微镜对加工样品进行观察和测量,并分析了微通道的形貌。结果表明,在飞秒激光功率为50mW、刻蚀速率为0.010mm/s、20×显微物镜聚焦的实验条件下,可以制备出深度为1466μm、深宽比为32的石英玻璃微通道。此研究对3维结构维纳制造技术有一定的应用价值。     

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。     

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。