洁净系统中激光诱导颗粒污染物的分析与评估

高功率激光系统要求在洁净环境中运行,若光学元件表面在工作过程中附着污染物,将导致光学元件的损伤及整个系统负载能力的下降。针对洁净系统中激光与材料作用而产生的颗粒物,分析其作用机制,探讨用于评估的理论依据,讨论测量的需求和方法,并对系统表面存在的颗粒污染物进行了实际测量分析,提出了深入开展高功率激光系统中颗粒污染物测量与评估的技术途径。

飞秒激光加工熔融石英的理论和实验研究

对单脉冲飞秒激光加工熔融石英进行了理论和实验研究,在追踪自由电子密度、温度和激光强度时空分布的基础上,量化了飞秒激光辐照熔融石英的电子动力学及瞬态材料光学和热物理的演变过程.通过将理论预测的烧蚀阈值、深度及轮廓,和实验结果进行比较,发现了理论预测结果与实验测量结果较好吻合,验证了本文所提出的理论模型的有效性.并进一步通过理论模型,揭示了在不同飞秒激光能量密度(也称“激光通量”)和脉冲持续时间(也称“脉冲宽度”)的辐照下,光致电离和碰撞电离中的自由电子弛豫时间演变规律,发现了自由电子弛豫时间对材料光学性质的演变和飞秒激光能量吸收过程起着至关重要的作用.理论模拟和实验测量均发现激光能量密度对烧蚀坑的形状有很大影响,即在激光能量密度略高于烧蚀阈值时烧蚀体积与激光能量密度呈线性关系.相较于皮秒激光而言,在飞秒激光辐照下烧蚀体积随着激光能量密度的增加而增大更为明显.因此,本文提出在略高于烧蚀阈值时可获得较高的加工效率,而在远高于烧蚀阈值时可获得良好的可重复性加工.

飞秒激光与材料相互作用中的超快动力学

飞秒激光以其超快超强特性可以实现三维复杂结构的微纳级别精密制造。超快光场与材料相互作用过程中存在大量新现象、新效应和新机制,亟待揭示。本文简要介绍飞秒激光与材料相互作用的基本过程以及飞秒激光泵浦探测技术的发展历程。首先重点阐述了高斯型飞秒激光与材料相互作用超快动力学的研究进展,根据不同的时间尺度分别对相互作用过程中的光子与电子相互作用、电子与晶格相互作用过程、相变,以及等离子体/冲击波喷发等过程的观测与机制分析进行总结;随后针对基于电子动态调控新方法的飞秒激光加工超快动力学进行综述,分析对比了其与传统飞秒激光和材料相互作用超快动力学的差异;最后针对该领域的发展方向进行了展望。

由激光靶冲量耦合实验结果判定激光支持爆轰波点燃阈值

根据激光吸收区等离子体组分与激光功率密度的关系判定激光支持爆轰波（LSDW）的点燃阈值。在激光靶冲量耦合实验的基础上,用悬摆动力学方程计算了激光支持爆轰波对铝靶冲量和冲量耦合系数;继而由靶冲量与激光吸收区膨胀介质（等离子体和气体）比热比的Jouguet条件,以及由二维流体动力学数值模拟获得的激光靶冲量随时间的变化过程,得到了激光吸收区介质的比热比随激光功率密度的变化情况,由此可得激光吸收区介质比热比随激光功率密度的增大而减少的结论;根据等离子体和气体比热比的差异定量分析了不同激光功率密度条件下激光吸收区气体和等离子体的构成。由等离子体含量随激光功率密度的变化关系得到了激光支持爆轰波的点燃阈值在（1.62±0.01）×10^8-（2.10±0.07）×10^8W/cm^2间的结果。