外加偏置电场下类金刚石薄膜激光损伤形貌

使用非平衡测控溅射技术沉积了类金刚石薄膜,对比了外加偏置电场前后薄膜的抗激光损伤表面形貌变化,发现薄膜施加偏置电场后,薄膜的激光损伤区域内有大量丝状薄膜,损伤形貌存在明显不同,损伤面积减小,薄膜的激光损伤情况得到改善。这表明外加偏置电场对薄膜的损伤有影响,激光在薄膜中激励产生的光生电子在电场作用下产生快速漂移,间接降低了激光辐照区域内的局部能量密度,减缓了薄膜的石墨化,提高了薄膜的抗激光损伤能力。

外加偏置电场对类金刚石薄膜激光损伤形貌影响研究

研究了使用非平衡测控溅射技术沉积的类金刚石(DLC)薄膜其抗激光损伤能力;通过对比施加偏置电场前后薄膜的损伤情况,发现:DLC薄膜施加偏置电场后,薄膜的激光损伤区域内有大量丝状薄膜,损伤形貌存在明显不同,损伤面积减小;薄膜的激光损伤情况得到改善。实验结果显示,外加偏置电场对DLC薄膜的损伤有影响。认为:激光在DLC薄膜中激励产生的光生电子在电场的作用下产生快速漂移,间接降低了激光辐照区域内的局部能量密度,减缓了薄膜的石墨化,提高了DLC薄膜的抗激光损伤能力。

岩石、混凝土受颗粒冲击后接触损伤形貌的特征

用自制的冲击球压装置研究了花岗岩、大理石、混凝土及砂浆在颗粒冲击下的压痕-冲击应力关系和接触损伤的规律,结果表明:花岗岩、大理石的压痕-冲击应力关系以线性为主,随着应力的提高材料发生突然断裂;混凝土和砂浆线性关系相对不明显,这在宏观形貌上表现为损伤区的形貌特点不同。对四种材料损伤形貌的微观分析表明:花岗岩、大理石受颗粒冲击后产生的损伤主要为拉应力导致的解理面、晶面的破坏以及裂纹沿相界面和孔隙的扩展,对其力学性能有较大的危害;混凝土和砂浆的损伤由过渡区开裂、骨料破裂和C-S-H的塑性滑移共同构成,对耐久性造成的隐患远大于对力学性能的影响。

激光预处理中薄膜损伤形貌对预处理效果的影响

采用亚阈值激光能量对光学元件进行激光预处理后,其损伤阈值可以提高两三倍。在激光预处理过程中,不可避免地会使光学元件产生损伤,若产生的损伤不影响光学元件的使用性能,则原则上可以接受。首先介绍了HfO2/SiO2多层高反膜S-on-1损伤阈值测试方法,实验研究了激光预处理过程中光学薄膜元件的损伤过程,分析了预处理过程中薄膜损伤形貌对其光学性能及抗激光损伤阈值的影响。结果表明,对膜系为G/(HL)11H2L/A的HfO2/SiO2多层高反膜进行激光预处理,最外层SiO2层的破坏不影响薄膜整个反射率曲线。相反,由于消除了HfO2层的节瘤缺陷,薄膜的损伤阈值得到大幅度的提高。

田口方法下钢化玻璃的冲蚀性能及损伤形貌

根据内蒙古沙尘暴分布特点,采用田口正交方法,利用模拟风沙环境侵蚀实验系统,分析可控因素(冲蚀角度、冲蚀速度和沙流量)在冲蚀试验中的稳定性以及对钢化玻璃的冲蚀磨损性能的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)和激光共聚焦显微镜(LSCM)对冲蚀形貌进行分析。结果表明:冲蚀角度和冲蚀速度越大,信噪比越大,在冲蚀试验中数据越稳定,沙流量则相反;冲蚀角度对冲蚀率的贡献最大,其次是冲蚀速度,沙流量的贡献最小。低角度时,钢化玻璃的质量损失主要由切削作用引起,SEM图中可见明显的犁沟;而高角度时,钢化玻璃的质量损失则由裂纹叠加引起,SEM图中显示为脆性断裂凹坑。随着冲蚀角度的增大,钢化玻璃表面损伤区域的深度和宽度相应增加;损伤区域形状由长条形趋向于圆锥形。

不同光束类型致铝合金表面漆层损伤形貌研究

漆层的损伤形貌反映了激光与材料相互作用的规律及除漆机理,了解不同光束类型对漆层的损伤特征及作用规律有助于选择激光精准除漆,提高表面处理质量。为探究不同光束类型对漆层材料的作用规律及除漆机理,采用扫描电子显微镜和3D光学表面轮廓仪测量铝合金表面漆层在高斯与平顶激光除漆后,损伤直径、损伤深度及损伤形貌随能量密度的变化。结果表明,在高斯光束作用下,表面漆层损伤区域受到热烧蚀和热振动效应影响,出现漆层剥离、烧蚀去除等现象,损伤凹坑光滑、规则,当能量密度为1237J/cm2时,漆层的损伤直径达到4671μm,深度达到1014μm;在平顶光束作用下,表面漆层损伤区域主要受到热振动效应影响,损伤凹坑呈现出振动剥离去除的形貌,凹坑范围内的漆层剥落不规则,剖面呈“锯齿”状,当能量密度为1237J/cm2时,损伤直径达到6123μm,深度达到1942μm;同等能量密度下,平顶光束剥离漆层量更大。

温湿交变和风沙作用下钢化玻璃的损伤形貌分析

目前对温湿交变后玻璃的风沙冲蚀磨损行为研究未见报道。通过高低温交变试验箱和模拟风沙环境侵蚀试验系统模拟内蒙古地区的严酷气候环境,采用L18(6^1×3^3)田口方法对试验进行设计,利用直观分析和方差分析研究温湿交变次数、冲蚀角度、冲蚀速度和沙流量对钢化玻璃冲蚀性能的影响程度及贡献率。结果表明:冲蚀角度是影响冲蚀率的最主要因素,其次是沙流量和冲蚀速度,温湿交变次数对冲蚀率的影响最小。方差分析表明冲蚀角度对材料的冲蚀磨损贡献率高度显著,高达89.48%。结合扫描电镜(SEM)和激光共聚焦显微镜(LSCM)观测的冲蚀形貌,分析了温湿交变前后引起冲蚀差异的原因及机理。

毫秒/纳秒激光致碳纤维环氧树脂损伤形貌研究

为了研究碳纤维环氧树脂在不同脉宽激光辐照下的损伤形貌,采用全自动变焦测量技术进行了实验验证,测量了碳纤维环氧树脂在毫秒/纳秒脉冲激光辐照下,损伤面积、损伤深度以及损伤形貌随激光能量密度的变化。结果表明,在毫秒脉冲激光作用下,材料损伤区域中心会产生一定的温度积累,损伤区域有一定的热效应,出现熔融、热解等现象,当激光能量密度为20. 5J/cm^2时,材料的损伤深度达到了47. 3μm,材料表面析出的碳化物的高度为157. 1μm,损伤深度以及表面碳化物的高度都随着能量密度的增大而增大;在纳秒激光作用下,光斑周围有明显的热反应区域,当能量密度大于47. 3J/cm^2时,表面的热反应区尤为明显,损伤面积随激光能量密度的增大明显增大,由于作用时间较短,损伤主要为表层损伤;树脂热解的气体向外膨胀,导致纤维结构断裂。研究结果为激光对碳纤维环氧树脂的损伤效果提供了实验依据。

长脉冲致硅基QPD损伤面积及形貌实验研究

为了研究硅基QPD在不同能量密度、不同脉宽激光辐照下的损伤面积、形貌,基于二维显微测量技术,测量了硅基QPD单一象限的损伤面积、形貌随激光能量密度和脉宽的变化。结果表明,在毫秒脉冲激光作用下,硅基QPD产生表面剥落、褶皱、裂纹、熔坑等损伤效果,且主要受入射激光功率密度影响,损伤面积随激光能量密度逐渐增加,随脉宽增加逐渐降低。通过实测分析,得出了不同激光脉宽下,硅基QPD表面形貌损伤阈值。激光脉宽为0.5 ms,能量密度为15.79 J/cm^(2)时,硅基QPD出现熔融损伤;而脉宽为1.0、1.5、2.0、3.0 ms时,硅基QPD出现表面剥落的能量密度值为14.12、33.94、39.76、47.62 J/cm^(2)。

HfO_2/SiO_2增透膜激光诱导损伤形貌分析

用电子束蒸发法制备了Hf O2/Si O2增透膜样品,并进行退火。测量未退火样品与退火样品的透射光谱,发现退火样品的光谱明显向短波方向移动,原因是退火后薄膜中的吸附水被去除。使用Nd:YAG激光器在"S-on-1"模式下对样品进行了激光诱导损伤处理。两种样品的损伤形貌均主要是损伤坑。考虑到损伤的成因是基底的亚表面微裂纹中的吸收颗粒吸收激光能量后导致裂纹扩大,最终形成损伤坑。基于这种损伤机制,退火对损伤没有明显影响。通过显微镜在损伤形貌中观察到了冲击波传输形成的波动条纹。

芳纶纤维复合材料激光烧蚀损伤形貌

芳纶纤维复合材料具有高强度、高模量、高冲击强度、纵向负热膨胀系数等特点，其应用范围非常广泛。通过对激光辐照实验回收样品的微观分析，得到在整个激光加载过程中材料的损伤过程和模式。

不同温度钻井液浸泡岩石对其表面形貌的影响

为揭示钻井液浸泡岩石产生表面形貌损伤引起井壁失稳,选取砂岩、页岩岩样,利用三维光学显微镜,对不同温度钻井液浸泡作用前后的岩石表面形貌进行测试,定量分析其特征参数,探讨温度对岩石表面形貌的影响机制及损伤度。结果表明:随温度的升高,特征参数Sa、Sq、Sk整体上呈增大趋势,特征参数Sr整体上呈减小趋势,导致其形貌轮廓的粗糙度、离散性、波动性增加,轮廓起伏度降低,对称性优于浸泡前;在30~120℃时,形貌损伤度逐渐增加,在120~150℃时,形貌损伤度降低,形貌损伤度极值点TS在120~150℃之间。砂岩和页岩的高度特征参数的损伤度大于纹理特征参数的损伤度。

毫秒脉冲激光损伤CCD探测器的实验研究

为了研究行间转移型彩色面阵CCD在毫秒脉冲激光辐照下的损伤效果,采用实验研究的方法,测量了不同能量密度的激光作用下,CCD表面中心点温度、受损区域面积、深度及CCD内部复位时钟信号和阻抗值的变化,结合CCD输出图像中出现不可恢复的焦斑及黑白雪花现象,对彩色面阵CCD在毫秒脉冲激光作用下的损伤效果进行了分析。结果表明,在毫秒脉冲激光的辐照作用下,行间转移型彩色面阵CCD内部结构会产生不同程度的烧蚀,当能量密度达到23.49J/cm^2时,烧蚀深度直达基底层,致使CCD内部信号传输通道断开,漏电流增加,最终造成CCD无信号输出,完全损坏。该研究对CCD探测器在强激光作用下的损伤效果研究是有帮助的。

聚乙二醇对溶胶-凝胶SiO_2增透膜激光损伤行为的影响

采用溶胶凝胶工艺制备了聚乙二醇(PEG)改性SiO2单层增透膜,用输出波长1.06μm,脉宽3ns的调Q激光系统产生的强激光进行辐照实验。观察了添加PEG前后的膜层的微结构、表面形貌以及激光损伤行为的变化,讨论了PEG对薄膜激光损伤行为产生影响的机制。结果表明添加的PEG可以修饰、导向溶胶簇团的生长和交联,并使之有序,由此制备的薄膜结构规整,微缺陷减少,这就提高了膜层的激光损伤阈值;在激光辐照过程中,膜料吸收激光能量,膜层温度升高,膜层的PEG分子受热逐步分解挥发,膜层产生损伤。

重频脉冲CO_2激光损伤K9玻璃的实验

对脉冲CO2激光在不同重频模式下损伤K9玻璃进行了实验研究。采用输出能量为10 J,脉宽为90 ns,重复频率在100 Hz至300 Hz之间连续可调的脉冲CO2激光器,对K9玻璃样品进行了激光损伤实验,观察到两次不同重频条件下样品的损伤形貌。实验结果表明,重频越高,对样品的损伤程度就越严重;应力损伤成为K9玻璃激光损伤的最主要的原因,在重频强激光的辐照下,K9玻璃表面出现强烈的等离子体闪光,伴随明显的熔融气化破坏,并形成等离子体爆轰波。爆轰波对玻璃材料产生了严重的力学冲击作用,这种应力作用足以对K9玻璃造成毁灭性破坏。运用有限元分析对激光辐照K9玻璃的温度与应力分布进行仿真,其计算结果与实验基本吻合。

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%。

猫眼回波探测1.06μm激光引发硅的损伤演化

利用猫眼回波的变化研究焦平面上硅在激光辐照下的损伤演化。随着激光辐照时间的增加,回波图像出现抖动,产生新的纹理,判定焦平面上硅受到损伤。损伤对应的回波图像面积不断扩大,损伤区内光斑结构逐渐变得复杂,且光斑面积不断减小,最终形成动态稳定的损伤回波图像。依据回波图像的变化分析硅的损伤形貌,依次出现表面氧化、小尺度形貌损伤、损伤面积扩大等现象。初步分析了回波图像纹理特征与焦平面上硅损伤形貌的对应关系,认为回波图像损伤区光斑的自相关性与角二阶矩随着损伤形貌粗糙度的增大而减小。

熔石英表面铜膜污染物诱导损伤实验研究

在熔石英元件表面溅射一层厚度小于10 nm的金属铜膜污染物,并测试元件的透过率。测试355 nm熔石英元件的激光损伤阈值,并用光学显微镜观测损伤形态。实验结果表明:污染后的熔石英元件的损伤阈值降低20%左右,元件表面的金属污染物薄膜经强激光辐照,在熔石英表面形成很多坑状微损伤,分布不均的热应力导致表面起伏,并有明显的烧蚀现象,导致基底损伤阈值下降。建立的光吸收和热沉积传输模型初步解释污染物膜层导致熔石英元件损伤的机理。

酸腐蚀作用对岩石的接触变形和损伤的影响

为了探索岩石受酸性环境腐蚀的非破坏性检测方法,用冲击球压法研究花岗岩、大理石在质量分数为6%的盐酸溶液中压入深度-冲击荷载关系、损伤半径-拉应力关系及接触损伤的规律。将未受酸液作用的试样进行球压试验后浸泡于酸液中进行损伤区扩展试验。对岩石压痕损伤区的形貌特点进行表征,阐明接触损伤对岩石材料的潜在危害。研究结果表明:在盐酸的持续作用下,花岗岩的表面弹性模量缓慢降低,大理石的表面弹性模量迅速降低,其中,90 d时花岗岩表面弹性模量下降52.7%;15 d时大理石表面弹性模量下降92.2%,未到90 d时,材料整体发生溶蚀;90 d时花岗岩的损伤区扩展31.9%,而大理石的损伤区在15 d时扩展了128.9%。

表面污染物诱导熔石英损伤的热力学数值模拟

为了研究高功率固体激光装置内污染诱导光学元件损伤问题,基于有限元数值方法,结合污染物诱导熔石英损伤机理,给出了熔石英样片在高功率脉冲激光辐照下的温度场和应力场分布。结果表明,激光脉冲辐照过程中主要以污染物的温度升高为主,最高至2800K,而样片温升不大,仅为7K;在激光脉冲辐照后100μs的时间内,样片表面中心快速升温至2200K,而边缘处仅为700K,在较短的距离内温度变化剧烈,由此产生的热应力导致表面发生损伤;损伤区域中心表现为压应力,边缘为拉应力,最大可达30.73MPa。测试了污染物诱导样片损伤斑的微观显微形貌,实验结果和理论计算结果符合较好。