衍射光学元件的反应离子束蚀刻研究

本文提出了一种制作衍射光学元件的新方法———反应离子束蚀刻法对此技术研究的结果表明：反应离子束蚀刻法具有高蚀刻速率、蚀刻过程各向异性好、蚀刻参数控制灵活等特点，对于衍射光学元件和微光学元件的精细结构制作十分有利本文详细总结了反应离子束蚀刻过程中各工艺参数对蚀刻速率的影响。

大口径大曲率半径光学元件的高精度检测

针对目前已有的光学检测设备无法实现大口径大曲率半径光学元件高精度检测的问题,提出利用长程轮廓仪(LTP)来进行大口径大曲率半径(正、负)光学元件的精确测量,并通过实验证明了LTP检测大曲率半径光学元件的优势。分析计算了LTP测量曲率半径的算法精度,设计了合理的机械结构进行旋转测量,得到了全口径的曲率半径分布。最后与球径仪、刀口仪的测量结果进行了对比。对R=37.108m和R=41.065m的球面镜测量结果显示,LTP的测量重复性在0.05%以内,与球径仪、刀口仪的测量值相差均在0.05%以内。研究结果表明,LTP可以用来解决目前几十米的大R曲率半径光学元件难以高精度测量的难题。

任意点阵衍射图形的DOE优化设计

本文利用模拟退火算法对任意点阵衍射图形的纯相位衍射元件进行了优化设计，针对收敛性和收敛速率对算法进行了适当修正。

亚波长超微细减反射结构研究

当光栅周期小于所使用的波长时，亚微米的表面微结构可以具有减反射作用。西方报导率了理论研究和制作技术，成功地制作了周期为400nm等的超微细结构，测量结果与理论值具有良好的一致性。

反应离子束蚀刻中温度效应的研究

介绍了一种新型的干法刻蚀方法──冷源反应离子束刻蚀法用来到蚀各种激光学器件，并着重研究了刻蚀过程中的温度效应，提出了解决温度效应的有效方法。

向列相液晶定向过程中向错的研究

对向列相液晶定向过程中向错的产生原因进行了仔细的研究和分析，并提出了消除向错的一些办法，为向列相液晶制作工艺的研究和确定提供了理论和实验的参考。

神光-Ⅲ主机装置成功实现60TW/180kJ三倍频激光输出

2015年9月15日,由中国工程物理研究院激光聚变研究中心承担研制的神光-Ⅲ主机装置成功完成了48束激光三倍频180kJ/3ns、峰值功率60TW的输出测试实验,标志着神光-Ⅲ主机装置已全面建成并达到设计指标,成为现有输出能力世界排名第二、亚洲排名第一的惯性约束聚变激光驱动器。

激光驱动飞片超高速发射技术实验研究

介绍了影响激光驱动超高速发射技术的各种因素。分析了激光能量、激光光束空间分布对飞片发射速度及完整性的影响和飞片靶镀膜工艺对飞片速度及完整性的影响。结果表明:空间分布为"平顶型"的激光束有利于发射出完整的飞片。在膜与基底之间增加过渡层Cr可以大大提高膜与基底之间的附着力,从而提高飞片的发射速度。实验上利用波长1 064 nm、脉宽10 ns、能量835 mJ的激光使厚度5μm、直径1 mm的铝飞片的发射速度达到10.4 km/s。大大提升了对微米级空间碎片速度的发射能力。

荧光成像技术无损探测光学元件亚表面缺陷

为了建立有效无损的亚表面缺陷探测技术,本文开展了光学元件亚表面缺陷的荧光成像技术研究,通过系统优化激发波长、成像光谱、成像光路及探测器等影响探测精度和探测灵敏度的参数,研制出小口径荧光缺陷检测样机。基于该样机对一系列精抛光熔石英和飞切KDP晶体元件的散射缺陷和荧光缺陷进行了表征,获得了各类样品亚表面缺陷所占的比重差异很大,从0.012%到1.1%不等。利用统计学方法分析了亚表面缺陷与损伤阈值的关系,结果显示,熔石英亚表面缺陷与损伤阈值相关曲线的R^2值为0.907,KDP晶体亚表面缺陷与损伤阈值相关曲线的R^2值为0.947,均属于强相关。该研究结果可评价光学元件的加工质量,用于指导紫外光学元件加工工艺,并且由于该探测技术具有无损、快速的特点,因此可应用于大口径紫外光学元件全口径亚表面缺陷探测,具有极其重要的工程意义。

磁流变加工对中频误差的影响

基于传统抛光的亚表面损伤层厚度,进行磁流变去除亚表面损伤层的实验以便验证在该加工方式下对元件中频误差的影响。计算机模拟结果及实验数据表明:磁流变加工的走刀间距会引起中频误差评价指标PSD曲线出现对应频率的峰值;抛光斑的不稳定性会引起PSD曲线出现不确定的次主峰;去除深度与PSD曲线峰值之间有近似的线性关系。采用磁流变作为亚表面损伤层的去除手段,元件的中频误差质量受加工参数影响很大。如果前级加工不佳导致留下的亚表面损伤层较深,用磁流变加工进行去除时会造成中频误差质量超过限定指标。

光学元件精密加工中的磁流变抛光技术工艺参数

为了充分掌握磁流变抛光中磁场强度、浸入深度、抛光轮转速、磁流变液水分含量等工艺参数对抛光结果的影响规律,以期提高元件的面形精度和表面的质量,在研究了磁流变抛光材料的去除数学模型的基础上,结合实验室的PKC100-P1型抛光设备,对上述的关键工艺参数分别进行了研究,设置了一系列的实验参数,进行了详细的实验探索,分析了单因素条件下材料的去除量以及元件表面质量同关键工艺参数的内在联系,得出了相应影响关系曲线。从关系曲线表明:工艺参数对抛光斑的去除效率以及被加工元件表面质量存在着明显的影响规律,掌握这些影响关系就能用于分析和优化磁流变加工的结果,为高精度光学表面的加工提供可靠的保障,同时实验的结果也很好地验证了磁流变抛光材料去除理论的正确性。

用于ICF驱动器的取样光栅的矢量分析与计算

在 ICF的终端光学聚焦系统中 ,采用取样光栅 ( BSG)将透射的三倍频光按一定比例送入能量计中进行能量诊断。采用精确耦合波矢量分析方法分析了衍射效率与光栅周期、刻槽深度、占空比等的关系 。

多脉冲激光对K9玻璃的表面损伤实验研究

实验研究了波长为1064 nm、脉宽为10 ns、重复频率为1 Hz的激光脉冲对K9玻璃的表面损伤特点,给出了脉冲透过能量随激光脉冲作用次数变化的规律。采用3维立体显微镜对损伤形貌进行观察,发现K9玻璃的损伤表面呈环状分布,分为烧蚀区、微裂纹区和断裂区。随着激光脉冲个数的增加,损伤由点状破坏演变为损伤区,微裂纹逐渐增长,损伤面积逐渐增大。基于激光支持的爆轰波理论分析,激光与脆性材料的相互作用可引起微裂纹的大量增长。在多脉冲激光的作用下,K9玻璃损伤的累积效应明显,表面损伤阈值明显降低,表面裂纹增长明显,损伤面积逐渐增大;但随着激光脉冲的继续增加,这种损伤趋于稳定。

激光光束整形的设计和研究

提出了一种加工工艺成熟、利用率高、实现过程简单的位相透镜光束整形方法。采用几何变换方法进行激光高斯光束平化的研究和设计。

影响超精密环抛相对磨削量因素的计算模拟

利用Preston方程,考虑了超精密环抛中的诸因素,如工件和磨盘转速比、偏心距以及压强,计算模拟了它们对磨削效果的影响。模拟表明,当转速比越接近1或偏心距越大时,磨削越均匀;均匀分布的压强越大,磨削越不均匀。在这三个影响因素中,转速比的作用最为显著。实现均匀磨削所需的压强应为二次型分布。这些为超精密环抛提供了指导,有助于实现主动控制。

应用标记控制分水岭分割算法研究激光诱导玻璃体损伤形貌

为了定量客观地分析玻璃的体损伤形貌,运用基于改进的分水岭分割算法对其微观图像进行了分析处理,得到了损伤的范围和分类,同时结合激光等离子体冲击波与玻璃的相互作用机理对各个处理后图像的物理含义及其应用进行了分析。研究结果表明,图像的梯度图可以反映图像中裂纹的形状及其分布;滤波后的图像灰度可以反映损伤程度;目标区域的标记图可以标记损伤的区域;最终分割图像可以全面反映以上所有信息。根据图像分析结果可以定量计算出各个区域所占总面积的比例,即等离子通道区、熔蚀区、折射率变化区各约占总面积的15%,55%和30%。这说明激光能量先沉积到很小范围的等离子通道区,高温高压等离子体向外扩展形成大范围熔蚀区,随着距离的增大,冲击波压强迅速减小,形成折射率变化区。

激光聚焦位置对K9光学玻璃损伤的影响

利用脉宽为10 ns、波长为1 064 nm的激光脉冲聚焦通过K9玻璃的方法,研究了玻璃的损伤形貌与高强度纳秒激光脉冲聚焦位置的关系。当激光脉冲聚焦在样品中心时,吸收能量随着入射能量的增加呈线性增长,玻璃的破坏范围不断扩大;当激光脉冲聚焦在样品表面时,吸收能量随着入射能量的增加呈先增长而后减小最终趋于平稳,玻璃表面的破坏范围也是先增大而后减小趋于平稳,这主要是由于空气被击穿而吸收大量能量引起的。

纳秒激光诱导K9玻璃损伤形貌研究

实验研究了纳秒激光脉冲聚焦到K9玻璃内部时产生损伤的特点,并基于激光等离子体冲击波的作用原理进行了理论分析。表面损伤的特点:当激光能量较小时,在入射激光的玻璃前表面不会产生损伤。随着激光能量的增加,会逐渐出现点坑状破坏,坑的中心是一个连接体损伤的核心,围绕该点的是完全融蚀区和最外部的环状破坏区。体损伤的形貌特点是沿激光入射方向呈纺锤状,破坏区中心有一条等离子通道,四周是断裂区和折射率区。在玻璃前表面上高斯激光脉冲产生激光支持爆轰波的特点是中间部分温度最高、运动速度最快、作用压强最大,从内到外逐渐减小,所以破坏程度也逐渐减小,呈辐射状分布。而玻璃内部的体损伤特点是由激光等离子体膨胀产生的冲击波作用由里到外逐渐减小的规律所决定的。

超精密抛光中合适参量抛光粉的选择

在超精密抛光加工过程中,抛光粉参量对抛光质量的影响很大。试验研究抛光粉主要参量随抛光时间的变化规律,得到了适合超精密抛光的抛光粉参量的主要特点。根据抛光原理分析了抛光粉的主要参量对抛光表面的作用机理,提出一种选择适于抛光的合适参量抛光粉的方法。结果表明,利用该方法选择的抛光粉可稳定地加工出高质量的超光滑表面。

ICF系统中全息透镜聚焦特性及衍射效率分析

根据全息透镜的工作原理,利用光线追迹法对其聚焦特性进行了理论分析。使用标量衍射法分析了全息透镜的衍射效率,讨论了不同的光栅槽型对其衍射效率的影响。对分析过程中所涉及到的有关近似处理方法的使用和影响进行了说明,讨论了全息透镜用作取样光栅的优点。