激光脉宽对光学薄膜元件热损伤的影响

纳秒量级及以下脉宽激光致光学薄膜元件的损伤研究持续了几十年,但纳秒量级以上脉宽却很少提及。因此,针对10 ns^1 ms量级区间不同脉宽激光辐照光学薄膜元件产生的热损伤进行了研究,计算了高反膜、增透膜和干涉滤光片三种典型光学薄膜元件的温度场分布,并分析了其激光热损伤特性。结果表明,对于长脉宽激光,热扩散深度大,薄膜损伤的电场效应被削弱,热传导效应在损伤中占据主导地位,损伤可至基底;短脉宽激光损伤对薄膜内部的电场分布更为敏感,损伤发生在温度最高值附近的膜层区域。进而开展了10 ns与1 ms脉宽激光致光学薄膜元件的损伤实验,损伤阈值及形貌特征与温度场计算结果显示的热损伤特性相符。

毫秒激光辐照光学元件的多杂质损伤模型

建立了毫秒长脉冲激光辐射透明光学元件的多杂质加热模型,对涂有SiO_2/Al_2O_3增透薄膜的K9玻璃光学元件在毫秒激光辐照下的温度场和热应力场进行了数值模拟,分析了温度场和应力场分布的发展历程。结果表明在毫秒激光作用下,多个微小杂质团簇作为吸收热源能够导致毁灭性的损伤,且损伤同时出现在元件的前后表面,前表面为温度与应力效应共同作用,后表面为应力效应主导。数值模拟结果与实验损伤形貌观察结果吻合较好。

光学玻璃表面裂纹对光场的增强作用

光学玻璃表面裂纹是改变自身光场,影响抗激光损伤能力的重要因素之一。研究熔融石英玻璃表面裂纹诱导激光损伤的增强效应,基于光场传播理论和有限元方法,讨论微裂纹对入射光场的调制作用,对熔石英表面裂纹周围的光场分布进行数值模拟;探讨了熔石英入射表面与出射表面裂纹引起的光强增强效应,给出径向裂纹周围光场的分布;定量研究光场调制的光强增强因子和裂纹结构参数(裂纹角度、裂纹宽度以及裂纹深度)的关系,为场致损伤提供理论参考。