CO_(2)激光改性溶胶-凝胶SiO_(2)薄膜光谱及紫外纳秒激光损伤特性研究

研究了经过CO_(2)激光处理的溶胶-凝胶SiO_(2)薄膜的物理化学性能和抗激光损伤性能,研究结果表明激光处理后薄膜表面变得更加光滑,粗糙度从14.08 nm降低到9.76 nm,下降了30%以上;薄膜的厚度随着CO_(2)激光处理功率增加有所降低,经过20 W激光处理后薄膜的厚度下降了17%~28%,而薄膜的弹性模量和硬度等力学性能获得提升,弹性模量从1.5 GPa增加到6 GPa,硬度从40 MPa增加到110 MPa;傅里叶变换红外光谱测试结果表明激光处理后薄膜的傅里叶光谱峰值从1 125 cm^(-1)移动至1 120 cm^(-1),薄膜中的硅原子和氧原子的平均桥键角变小,原因为CO_(2)激光处理时会使局部温度升高,会加速Si—OH键脱水缩合,孔隙率降低,吸收下降。采用紫外纳秒激光对薄膜进行损伤测试,结果显示经过12 W CO_(2)激光处理后的薄膜与未经过CO_(2)激光处理的薄膜相比损伤面积更小,而损伤阈值从4.8 J·cm^(-2)上升到7 J·cm^(-2),提升了46%;经过16 W和20 W CO_(2)激光处理的薄膜紫外纳秒激光损伤阈值没有明显变化,原因为较高功率CO_(2)激光处理导致薄膜表面发生烧蚀沉积,沉积物会影响紫外纳秒损伤阈值无法有效改善薄膜的激光损伤性能。研究结果表明CO_(2)激光处理技术可以有效改善溶胶-凝胶SiO_(2)薄膜的弹性模量、硬度等力学性能和抗激光损伤性能,CO_(2)激光的功率对薄膜性能影响较大,CO_(2)激光处理是一种有效的提升溶胶-凝胶SiO_(2)薄膜紫外纳秒激光损伤特性的技术手段。

紫外元件损伤动力学实验研究

对于大型强激光装置的光学系统,尤其是终端光学组件(FOA),其紫外激光损伤问题始终是制约负载能力提升的关键问题,该过程基于激光与物质相互作用及而后发生的材料效应,涉及元件材料的制备与生长、加工、环境、修复和工作参数等多种因素.为此,在长期的研究中,我们总结并定义了紫外元件损伤动力学概念和研究体系.本文着重介绍利用同步辐射及其他核技术方法开展实验研究的结果,对于熔石英元件,利用同步辐射μ-CT技术获得了损伤图像,结合同步辐射XRD确定了损伤过程和结构,解释了相应的材料效应;结合拉曼光谱,利用光热显微技术研究了损伤内部结构和发展过程,定义了激光损伤可视面积(LDAVR)的含义.利用同步辐射XRF及正电子湮灭技术对其光学加工制造影响负载能力的因素进行了物理分析;对于KDP晶体,利用同步辐射XRF-XRD的单独或联合测试,对退役元件和实验样件进行了对比研究,分析了不同运行功率下的激光损伤过程,明确了损伤坑的构成和定义,获得了损伤图像.值得指出:依据上述研究结果,针对工程上的问题,本文提出了解决或改善的方法和途径及其应用.