等离子体闪光法识别薄膜损伤的误判消除方法

传统的等离子体闪光法,是根据探测器是否接收到来自薄膜样片周围发射的闪光信号,对薄膜是否发生损伤进行评判,这样的评判方法极易把空气与薄膜的等离子体闪光混淆而发生误判。为了消除这种误判,提出通过比较空气和薄膜各自的等离子体闪光的点燃时间,利用两者时间上的差异,实现对传统等离子体闪光法误判现象的消除方法。为了验证新方法的可靠性,借助于多光子吸收和级联电离理论,建立了空气等离体子体点燃时间的计算模型,根据薄膜与激光的相互作用原理建立了薄膜被击穿时的等离子体点燃时间计算模型,利用建立的模型仿真计算了空气和薄膜的等离子体闪光点燃时间分别为1.856和7.843ns;搭建实验装置以实现对传统等离子体闪光法的更新,在装置中的不同位置设置三个光电探测器分别采集入射激光信号、空气和薄膜等离子体闪光信号,采集入射激光信号的光电探测器置于聚焦透镜的侧面,另外两个探测器位于薄膜样片周围且左右对称放置,分别用于采集薄膜的等离子体闪光信号和空气的等离子体闪光信号,所有光电探测器采集的信号转换为电信号后同步传输至示波器,以入射激光信号为基准信号,其与空气和薄膜等离子体闪光信号的起始时刻之差,分别为空气和薄膜等离子体闪光点燃时间。脉宽为10ns、波长为1 064nm的Nd∶YAG脉冲激光以0.015cm的聚焦光斑半径、82.4mJ的入射能量作用于光学厚度为λ/4、直径为20mm的单层Al_2O_3薄膜样片上后,采集上述激光作用条件下的各路信号,经处理后得到的空气和薄膜的等离子体闪光点燃时间测试值分别为2.7和7.8ns;理论计算和实验测试结果表明,空气的点燃时间总是小于薄膜的点燃时间,二者有很好的一致性。说明当强激光作用于单层Al_2O_3薄膜表面时,空气等离子体闪光先于薄膜等离子体闪光发生。基于空气和薄膜等离子体闪光点燃时间上的这种差异,利用闪光信号时间上的差别就可准确分辨出薄膜是否发生损伤,从而获得识别薄膜损伤与否的判据,这种从时间差异上识别薄膜等离子体闪光损伤的新方法,无论从理论上还是实验上均为传统等离子体闪光法误判现象的消除提供了技术基础。

激光诱导击穿空气等离子体参数的光谱分析法

空气等离子体的电子温度和密度对激光诱导空气击穿等离子体产生闪光过程的研究有着重要的意义,本文将纳秒Nd∶YAG脉冲激光(1064 nm)聚焦于大气中,诱导其产生等离子体闪光,并通过Avantes-ULS3648型9通道的光谱仪采集闪光光谱,通过光谱分析,研究了不同延迟时间下激光诱导击穿空气等离子体产生过程中的等离子体电子温度和电子密度的变化情况。根据同一元素不同峰值位发出的光谱,由相对强度比较法可以得出等离子体电子温度,由斯塔克展宽法可得到等离子体电子密度的变化,通过分析发现,等离子体电子温度和密度均随延迟时间的增大而下降。这些结果对研究强激光作用下空气击穿的气体动力理论机制有一定的科学意义。

激光诱导薄膜等离子体点燃时间及其影响因素

将波长为1064nm的纳秒Nd∶YAG脉冲激光聚焦在单层Al膜上,诱导其产生等离子体闪光,模拟计算了等离子体闪光的点燃时间(t_m),分别得到了t_m与激光波长、入射激光能量、聚焦光斑半径、脉宽等激光作用参数的关系曲线,研究分析了薄膜材料、薄膜表面杂质和缺陷对t_m大小的影响。结果表明,激光聚焦光斑和脉宽越大,t_m就越大;激光波长和入射激光能量越大,t_m越小;薄膜材料电离能越小,t_m越小;薄膜表面存在杂质和缺陷时,t_m变小。这些结果对关于激光维持燃烧波和爆轰波的产生机制的研究提供了一定的参考。

He-Ne散射光检测光学薄膜激光损伤阈值

准确测定光学薄膜的激光损伤阈值可以衡量光学薄膜的抗激光损伤能力,测定损伤阈值的关键是准确地判定损伤的发生与否。建立了He-Ne散射光检测光学薄膜激光损伤阈值系统。通过测量同一样品点的He-Ne散射光能量变化来判断薄膜表面发生的损伤,并对制备的类金刚石薄膜与HfO2/SiO2反射膜进行了阈值测试。与等离子体闪光法的阈值测试结果进行比较,具有较好的一致性。分析表明:He-Ne散射光测试系统能有效地判断出激光诱导损伤,易于实现在线检测。