193 nm激光对MgF_(2)窗口材料的损伤特性研究

随着光刻技术和低温硅退火等大能量、高功率紫外激光系统的发展,激光装置中窗口材料面临的紫外激光诱导损伤的问题越来越得到重视。MgF_(2)窗口是紫外波段难以替代的光学窗口材料,具有比CaF_(2)更优的紫外透光率、更低的折射率和更高的硬度等优点,因而在高功率紫外激光器、深紫外探测器、光电探测和对抗领域具有重要的应用。研究激光对MgF_(2)窗口材料的损伤机制对推动其在光学领域的应用至关重要。本文通过扫描电镜分析MgF_(2)窗口材料在193 nm紫外激光(2.8 J/cm^(2))辐照下出现的裂纹和凹坑等损伤形貌,随着激光脉冲数和能量的增加,MgF_(2)窗口材料的后表面损伤程度呈指数级增加,窗口材料的后表面损伤程度比前表面更加严重。利用三维时域有限差分(3D-FDTD)方法对193 nm激光辐照MgF_(2)窗口材料内部的激光电场分布进行了计算。模拟发现无论缺陷在前表面还是后表面,电场强度的峰值都出现在后表面附近,后表面更容易被损伤,这与实验结果吻合;缺陷在激光辐照过程中会导致光场的局域调制,增强吸收,同时降低材料表面的机械强度。

532nm连续激光对砷化镓材料损伤的研究

利用532 nm连续激光对掺Si的n型砷化镓材料进行作用,材料的晶轴方向为<100>偏<111A>方向15°。实验观察到,连续激光与材料相互作用过程中,材料作用表面的反射光在观察屏上形成环状结构,认为是由夫琅和费衍射产生的,并首次提出将衍射作为探测材料损伤的方法。实验测得砷化镓的阈值损伤功率密度为2.56×10~5 W/cm^2。利用温度场的热传导方程计算获得材料的损伤阈值时间与入射光功率密度的关系曲线,并与实验曲线进行了比较。

248 nm高反膜抗激光损伤性能

用电子束蒸发法在熔融石英基底上沉积了适用于248nm的HfO2/SiO2高反膜,为提高其抗激光损伤能力,设计并制备了两种保护层,一种是在常规高反膜系的基础上镀制二分之一波长厚度的SiO2保护层,另一种是用Al2O3/MgF2做保护层。测试了3种高反膜样品的激光损伤情况,通过损伤形貌的变化分析了两种保护层使抗激光损伤能力提高的原因以及存在的问题。

基于激光近场辐照的351nm激光诱导熔石英损伤研究

针对351nm激光诱导熔石英样品进行损伤实验。采用激光近场辐照样品,并基于近场辐照的损伤阈值定义方法进行损伤测试。利用带有灰度抑制的分水岭标记分割算法对损伤图像进行损伤区域提取,与相应近场分布进行比较,得到损伤区域边界点对应的局域能量密度即为损伤阈值。这种损伤测试方法简单、快速,有效降低了损伤阈值口径效应,且采用了能够有效去除噪声和抑制图像过分割问题的算法对损伤图像进行处理,使得到的损伤阈值和损伤增长系数有较高的准确性。实验结果表明,脉冲宽度为3.13ns的351nm激光诱导熔石英样品的损伤阈值为2.94J/cm2;在多次辐照样品情况下,熔石英样品出射面的损伤尺寸随着辐照次数的增加呈指数增长,其损伤增长系数为0.32。

气氛环境对真空窗口紫外激光诱导损伤阈值的影响机制

基于氟橡胶圈密封测试了熔石英真空窗口在351 nm激光辐照下的激光诱导损伤阈值(LIDT),实验发现真空窗口和氟橡胶圈紧密接触后LIDT下降约50%,氟橡胶圈经多次挤压后,其对真空窗口LIDT的影响显著减弱,在此基础上对比了大气、10^(3) Pa和10^(−2)~10^(−1) Pa下真空窗口的LIDT,结果显示随着气压降低真空窗口LIDT显著下降且气压再次升高后其LIDT未有提升。基于铟丝密封对比测试了真空窗口在不同气压下的LIDT,结果未发现气体含量差异对真空窗口LIDT的影响。对比两种密封材料测试结果,认为真空窗口LIDT下降是由氟橡胶圈污染引起,且低气压下有机物释放加剧。

几种紫外薄膜材料的光学及损伤特性分析

为进一步改善大型固体激光器3倍频用薄膜的光学及损伤特性,利用不同的测试方法系统对比研究了电子束蒸发方式制备的几种紫外薄膜的光学常数、晶体结构、表面粗糙度以及弱吸收和其激光损伤特性间的相互关系。研究表明:薄膜的弱吸收和其禁带宽度共同制约了其激光损伤阈值,而薄膜因晶相结构的产生而增大的表面粗糙度对其激光损伤阈值无影响。大弱吸收的薄膜其损伤表现为非常微小的吸收点向外扩张构成的较大的破坏点,而低弱吸收的薄膜其损伤则表现为瞬间吸收引起大的损伤。