KDP类晶体的激光损伤研究

KDP类晶体是唯一可以满足ICF激光驱动装置通光口径的非线性光学晶体材料。该类晶体采用水溶液生长法生长,易于产生宏观包裹体和微观晶格缺陷,在高功率激光辐照下晶体内部易产生高密度pinpoint损伤现象,这与其他方法生长的晶体只是受限于光学加工的表面损伤问题相比具有明显不同。KDP类晶体内部的缺陷或前驱体诱导激光损伤与晶体切向、激光波长及偏振方向等密切相关,使得应用于ICF激光驱动器中不同光学功能的、来源于同一晶坯的不同晶体元件也表现出损伤性能的差异性,因此其损伤机理非常复杂,迫切需要认识该类晶体的激光损伤机理问题。回顾了上海光学精密机械研究所联合福建物质结构研究所、山东大学等晶体研制单位联合开展的关于KDP类晶体激光诱导损伤特性的研究工作,进行了用于光开关、倍频以及混频等功能的KDP和不同氘含量DKDP晶体的激光损伤研究,指导了晶体生长工艺优化和过程关键因素控制,并对仍存在的问题及解决方案进行了展望,对于高性能KDP类晶体的研制以及在高功率激光系统中的合理应用具有参考价值。

高显色激光照明用宽光谱远程荧光转换材料

基于荧光陶瓷、荧光玻璃以及荧光晶体等远程荧光转换材料的新一代激光固态光源具有热稳定性高、热承载能力强、荧光特性稳定等特点,在汽车大灯、投影显示以及航天航海照明等领域具有广阔的应用前景。但其目前面临的瓶颈之一是难以实现可见光宽光谱发射,照明品质较低。本综述重点总结了近年来可应用于高显指、低色温激光白光光源的各类远程荧光转换材料的研究进展,分析了高流明密度激发下,激光光源光色品质下降的原因。阐述了现有单色和多色荧光体的光谱调控方案以及封装光源的显色指数、色温的提升效果。针对荧光转换材料需要重点解决的几个重要问题展开讨论,包括效能提升、高温猝灭和评判标准等三个方面。最后对宽光谱发射的远程荧光转换材料在固态照明与显示领域的应用前景进行了展望。

光学元件的激光损伤问题

光学元件是各类激光系统不可或缺的光学功能实现部件,其性能决定了激光系统的输出能力和光束质量。光学元件的激光损伤问题从激光发明起就一直伴随着激光技术的发展,随着激光新技术的发展和激光新应用的牵引,激光的波段、脉冲宽度以及重复频率等参数不断拓宽,使得激光损伤问题更加复杂,但万变不离其宗,激光损伤问题的核心是光学元件或光学材料对激光的吸收机制问题。从激光与光学材料相互作用的基本原理出发,以惯性约束聚变(ICF)激光驱动器应用的典型光学材料和光学元件为研究对象,回顾了针对光学元件的激光损伤问题开展的科研工作,总结了在此期间形成的关键技术和里程碑进展,同时也对依然困扰该领域的几类光学元件存在的问题瓶颈以及进一步研究发展趋势进行了展望。

不同波长激光同时辐照薄膜热效应研究

通过分析两个不同波长激光同时辐照下薄膜体内驻波场分布并求解热传导方程,得到1064nm激光和355nm激光在三倍频分离膜内共同作用下二维温度场分布.研究表明:1064nm激光和355nm激光共同作用引起薄膜体内的温升峰值高于相同能量1064nm激光单独作用引起的薄膜体内的温升峰值,低于相同能量355nm激光单独作用引起的薄膜体内的温升峰值.

激光光刻技术的研究与发展

光刻技术作为制备半导体器件的关键技术之一将制约着半导体行业的发展和半导体器件的性能。随着半导体工业的发展,集成电路的特征尺寸越来越小,光刻技术将面临新的挑战。分析了激光光刻技术,包括投影式光刻和激光无掩膜光刻技术的研究现状,着重介绍了极紫外光刻(EUVL)作为下一代光刻技术的发展前景和技术难点、激光无掩膜光刻技术的发展,特别是激光近场扫描光刻、激光干涉光刻、激光非线性光刻等新技术的最新进展及其在高分辨率纳米加工领域的应用前景。

极紫外光刻材料研究进展

极紫外光刻是微电子领域有望用于下一代线宽为22nm及以下节点的商用投影光刻技术,光刻材料的性能与工艺是其关键技术之一。为我国开展极紫外光刻材料研究提供参考,综述了最近几年来文献报道的研究成果,介绍了极紫外光刻技术发展历程、现状、光刻特点及对光刻材料的基本要求,总结了极紫外光刻材料的研究领域和具体分类,着重阐述了主要光刻材料的组成、光刻原理,光刻性能所达到的水平和存在的主要问题,最后探讨了极紫外光刻材料未来的主要研究方向。

液晶相位调控器件的高功率激光应用相关问题

液晶相位调控器件在聚变点火、激光加工、光电对抗、激光雷达、激光通讯、激光防护等高功率激光领域有着非常广泛的应用及应用前景。但受限于构成器件材料自身抗激光损伤能力的限制以及缺乏对高功率激光辐照下液晶相位调控器件相位调控性能退化及损伤特性的系统研究,目前液晶相位调控器件的激光耐受力还难以满足高功率激光系统的应用和发展需求。为指导高激光耐受力液晶相位调控器件的制备工艺优化,对液晶相位调控器件在高峰值和高平均功率激光应用下出现的损伤现象以及性能退化进行了综述,最后对液晶相位调控器件激光耐受力提升方法做了总结和归纳。

钛宝石激光晶体研究进展

钛宝石(Ti:Al_(2)O_(3))激光晶体具有高硬度、高热导、宽带吸收、宽带发射等性能特点,广泛应用于可调谐、高功率和超快激光领域。近年来,钛宝石晶体的生长技术、基础理论分析和器件化应用都得到了极大的发展,对其进行的研究也越来越深入、广泛。综述了钛宝石晶体材料研究和应用的主要进展。

激光预处理提升DKDP晶体加工表面的抗损伤能力

针对晶体表面的损伤特性,采用小光斑扫描激光预处理技术预辐照DKDP晶体元件,并采用表面损伤自动探测系统实时分析每个脉冲辐照后晶体表面的损伤情况,比较预处理和未预处理区域的损伤点密度确定表面预处理效果,并进一步模拟分析表面各类缺陷在纳秒强激光辐照下的动态过程,解释激光预处理对精抛表面提升作用的微观机制并分析它对粗抛表面提升不明显的原因。实验结果表明,激光预处理技术对粗抛表面的提升作用并不明显,但是可以大幅度抑制精抛表面的损伤点密度。在本文的实验条件下,晶体表面的抗激光损伤能力可以提升约60%。比较体材料和精抛表面的预处理效果发现:当体材料的抗破坏能力通过预处理提升后,精抛表面的抗激光损伤能力也会提升,由此可见精抛表面的激光预处理效果与体材料性能相关。

飞秒激光作用下啁啾镜膜层内损伤相关动力学

光学元器件的激光损伤问题,一直以来都困扰着超强超短激光系统的进一步发展。飞秒激光领域,激光脉冲引起的光学器件损伤主要由材料的本征特性决定。光学材料内的多光子电离、雪崩电离、导带电子弛豫等一系列非线性过程,与材料的激光损伤过程密切相关。利用泵浦探测技术,采用中心波长为800 nm,重复频率1 k Hz的飞秒激光脉冲,对Nb2O5/Si O2啁啾镜介质膜的内部与飞秒激光损伤相关的超快动力学进行了研究。发现强的泵浦光脉冲辐照结束后飞秒乃至几十皮秒的范围内,啁啾镜对探测光的反射率有一定程度的下降。反射率降低的主要原因是泵浦光在介质膜的Nb2O5层内激发的大量的自由电子对探测光吸收所致,且该过程对激光诱导损伤过程起主导作用。通过反射率的变化,对其介质膜内导带电子弛豫过程进行探究,测定得到其衰减寿命,分别为1.31、6.88、22.34 ps。

重频纳秒大能量激光增益介质初探

重频纳秒大能量激光器在科研探究、工业制造、军事防务等领域发挥着重要作用,本文详细介绍了Yb^(3+)或Nd^(3+)稀土离子掺杂的激光晶体、激光玻璃和激光陶瓷的研究进展以及相应的重频纳秒大能量激光器代表性成果,分析了激光增益介质发射截面、热导率、上能级寿命等参数特性对激光系统的影响。针对重频纳秒大能量激光器增益介质的选择制备、热管理、自发辐射放大效应管控展开讨论并梳理解决对策,对其未来的发展前景进行了展望。

全啁啾镜色散补偿的亚8 fs钛宝石激光器

报道了一种基于全啁啾镜腔内色散补偿的、可长期稳定运行的亚8 fs钛宝石激光器.在4 W绿光抽运下,可获得300 mW、86 MHz脉冲输出.腔内用于色散补偿的两对啁啾镜是国内自主设计自行镀膜的,其对色散的精确控制可以在腔内不加尖劈对的情况下获得半宽超过150 nm超宽带输出.利用腔外色散补偿,脉冲宽度被压缩至7.9 fs,这是目前采用国产啁啾镜获得的最短脉宽,也是无尖劈对谐振腔获得的最短脉宽.同时,利用电路系统提供实时反馈调节,可保证钛宝石激光器长期稳定运行,24 h内功率抖动约0.6%.

Ce^(3+)掺杂石榴石基荧光材料的光谱调控研究进展

Ce^(3+)掺杂石榴石基荧光材料凭借其良好的物化特性、高荧光转换效率、较短的荧光寿命、激发光谱与紫外/蓝光发光二极管发射谱的高效匹配等特点,被广泛用于照明、显示、医学成像等领域。得益于石榴石结构丰富的阳离子格位,通过多种类基质化学组分取代可实现Ce^(3+)发射波长从460~610 nm范围内的连续可调,不仅大大拓宽了其潜在应用场景,也为Ce^(3+)发光理论的建立和完善提供了广泛的素材。然而随着近年来相关实验探索的大幅增加,种类较为庞杂的Ce^(3+)掺杂石榴石基荧光材料特性与发射波长调控理论常常出现无法解释甚至矛盾之处,成为阻碍Ce^(3+)掺杂石榴石基荧光材料发展的重要瓶颈之一。针对这一问题,本文简要介绍了基质化学组分取代调控Ce^(3+)发射波长的几种主要理论,综述了近年来Ce^(3+)掺杂石榴石基荧光材料的研究进展,并结合理论与实验,主要从[CeO_(8)]畸变因子角度出发,讨论了离子取代对Ce^(3+)发光性能的影响。

激光诱导透明陶瓷损伤研究进展

在激光诱导损伤的响应中,透明陶瓷既有与其他光学元件的相似性,也表现出损伤的特殊性因其具有晶界、微气孔等微结构缺陷。强激光对透明陶瓷诱导损伤的形貌、分析损伤的规律并揭示损伤的机理的工作被开展,这有利于完善激光陶瓷的制备工艺,对降低高能激光系统的运行成本和提高负载能力均具有现实意义。本文综述了透明陶瓷激光诱导损伤的探究方法、损伤的影响因素和提升损伤阈值的途径3方面内容,并结合其他类光学元件较为成熟的研究思路或典型的探究方法。探讨了激光诱导透明陶瓷损伤中的几个研究重点及解决对策,对于高损伤阈值透明陶瓷的研制以及在强激光系统中的合理应用具有重要的参考价值。

电子束自动扫描SiO_2材料沉积速率控制实验研究

沉积速率是电子束蒸发制备光学薄膜的重要工艺参数之一,影响着成膜的微观结构和化学成分,从而对薄膜的光学性质和机械性质都产生很大的影响。SiO2材料是制备光学薄膜的主要低折射率材料之一,由于其导热性很弱,并且以升华的方式进行蒸发,因此在蒸发过程中表面会出现凹坑,影响其蒸发特性,不利于沉积速率的稳定。考虑到SiO2材料的蒸发特性,进行了电子束自动蒸发SiO2材料沉积速率控制实验,利用设计的扫描控制仪,采用设计的路径进行焦斑自动扫描,在扫描过程中采用比例-积分-微分(PID)闭环反馈法对沉积速率进行控制,实验结果表明,通过控制可以得到良好的材料表面特性和较稳定的沉积速率。

WO3含量对Tm^3＋掺杂TeO2-WO3-La2O3玻璃热学性能及光谱性质的影响

研究了(90-x)TeO2-xWO3-9La2O3-1Tm2O3(x=10、20、30(mol%))玻璃(以下简称TWL玻璃)的热学性能和光谱性质.研究发现WO3的增加可以提高TWL玻璃的热稳定性,降低玻璃的热膨胀系数.WO3含量为30mol%时,玻璃化转变温度Tg达457℃,DTA曲线上无析晶开始温度Tx,且热膨胀系数降为1.224×10-5/℃(30~300℃).玻璃的最大声子能量随WO3的增加而略微增大.用J-O理论计算了Tm3+离子在TWL玻璃中的光谱参数和部分能级的自发辐射几率、荧光分支比、辐射寿命.用M cCumber理论计算了Tm3+离子3F4→3H6跃迁的受激发射截面,在60TeO2-30WO3-9La2O3-1Tm2O3玻璃中,Tm3+离子的最大受激发射截面达到9.6×10-21cm2.研究结果表明,60TeO2-30WO3-10La2O3玻璃具有优良的热学性能和光谱性质,是一种实现~2.0μm激光输出的理想玻璃基质材料.

Yb^3＋,Ho^3＋共掺氧化钇透明陶瓷的制备及其性能

研究了共沉淀法制备Yb/Ho∶Y2O3纳米粉末及其透明陶瓷的烧结工艺,采用Y(NO3)3、Yb(NO3)3和Ho(NO3)3的混合溶液为母盐溶液,以氨水为沉淀剂,在不同pH值下,用共沉淀法制备得到了碱式硝酸盐前驱体沉淀。1100℃煅烧2h得到Yb/Ho∶Y2O3纳米粉末。采用0.5wt%的TEOS(正硅酸四乙酯)为添加剂,1700～1850℃真空烧结15～25h后,得到了Yb/Ho∶Y2O3透明陶瓷。

退火温度对宽带脉冲压缩光栅载体金属/介质多层高反膜的影响

分别以金(Au)作为金属层材料,氧化铪(HfO2)与氧化硅(SiO2)作为高低折射率层材料,利用物理气相沉积方法制备了用于宽带脉冲压缩光栅制作的金属/介质多层高反膜,研究了退火温度对其表面均方根粗糙度、反射率及抗化学清洗破坏能力的影响。实验结果表明:退火前后样品表面均方根粗糙度变化很小;提高退火温度能提高金属/介质多层膜的抗化学清洗破坏能力,但反射率会随之下降。250℃退火10 h后金属/介质多层膜不仅可以承受住化学清洗过程,而且反射率下降也比较小,可以作为金属/介质多层膜的最佳退火工艺。

Fe、Cu离子掺杂及退火对YAP晶体的生长及光谱性能的影响

采用提拉法成功生长了高光学质量掺杂浓度分别为0.2at%的Fe:YAP和0.5at%的Cu:YAP晶体.ICP-AES测试得出Fe、Cu离子在YAP晶体中的分凝系数分别为0.13和0.28.室温下测试了两种晶体经不同气氛高温退火后的吸收光谱和X射线激发发射光谱,分析了光谱特征及退火对光谱产生影响的微观机理.最后研究了两种晶体的热释光性能,发现Cu:YAP晶体是一种非常有潜力的辐照剂量计材料.

无机激光热刻蚀材料的研究进展

激光热刻蚀技术是近年发展起来的利用激光热刻蚀薄膜的热变化阈值特性突破光学衍射极限进行纳米图形制备的新技术,在亚波长纳米结构器件和高密度光盘母盘制造等领域具有广阔的应用前景。阐述了激光热刻蚀技术的基本原理和特点,以及对激光热刻蚀材料性质的要求,综述了相变型激光热刻蚀薄膜材料(包括硫系相变薄膜材料、金属亚氧化物薄膜材料和陶瓷复合薄膜材料)、热分解型激光热刻蚀薄膜材料和化学反应型激光热刻蚀薄膜材料的最新研究进展。分析并总结了无机激光热刻蚀材料的激光热刻蚀机制,在此基础上对无机激光热刻蚀材料的发展趋势和前景进行了探讨。