1064nm固体激光薄膜损伤阈值的研究

发布时间：2017-03-27 00:07

  本文关键词：1064nm固体激光薄膜损伤阈值的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光学薄膜作为高能量、大功率激光系统的重要组成部分,在激光辐照下,最先发生破坏,严重影响激光系统的正常工作。研究光学薄膜的激光损伤阈值问题,对于推动激光向高能量、大功率发展具有重要的意义。离子束溅射,制备出的光学薄膜具有低的吸收、散射损耗,致密性高,环境稳定性好,已成为制备高抗激光薄膜的重要沉积手段,尤其在空间应用领域,优势更加明显。所以,本文针对离子束溅射镀膜制备工艺下的光学薄膜进行损伤阈值的研究。首先从搭建1064nm固体激光薄膜损伤测试平台展开,然后在搭建好的损伤测试平台上,对不同膜系结构的增透膜、双面镀制的增透膜前后膜堆以及45度高反膜损伤阈值进行测量与讨论。具体内容如下:1.通过改变1064nm固体脉冲激光器的腔镜、腔型以及尝试使用平凹柱面镜对光斑进行整形,改善入射到实验片上的光斑的圆度以及强度分布。通过外加偏振光学元件,解决了由于半波片旋转角度,光斑强度畸变的问题。2.为提高离子束溅射制备的1064nm、532nm双波长增透膜抗激光损伤阈值,在基板和空气侧分别加镀半波长厚度的缓冲层和保护层,研究缓冲层、保护层对增透膜抗激光损伤阈值的影响。实验结果表明,半波长的缓冲层、保护层均有助于提高增透膜的抗激光损伤阈值。最后,添加半波长保护层及缓冲层的增透膜损伤阈值由都未添加时的8.14J/cm2上升到17.8621J/cm2,损伤阈值提高了119%。3.采用优化后的膜系结构双面镀制增透膜,对增透膜前后膜堆进行损伤阈值的测量,后膜堆的损伤阈值要低于前膜堆的损伤阈值。根据前后膜堆损伤形貌的不同对损伤阈值的差异进行了解释。4.在光路中,通过旋转半波片的角度改变入射到实验片上的激光偏振态,测量了S、P偏振光分别入射下45度高反膜的损伤阈值。P偏振光入射下光学薄膜的损伤阈值要明显低于S偏振光入射下光学薄膜的损伤阈值。通过损伤形貌的观察以及电场强度的计算得出了损伤阈值差异的原因。
【关键词】：损伤阈值 离子束溅射 保护层 缓冲层
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(光电技术研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2;TN24
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 引言10-15
• 1.1 课题研究背景及研究意义10-11
• 1.2 国内外发展现状11-13
• 1.2.1 损伤测试平台11-12
• 1.2.2 光学薄膜激光损伤12-13
• 1.2.3 提高光学薄膜抗激光损伤阈值的方法13
• 1.3 本文的主要研究内容13-15
• 2 激光辐照下光学薄膜的损伤机理15-23
• 2.1 激光与材料相互作用15-16
• 2.2 光学薄膜激光损伤机理16-20
• 2.2.1 热致损伤16-18
• 2.2.2 应力损伤18
• 2.2.3 缺陷诱导光学薄膜的损伤18-19
• 2.2.4 雪崩电离与多光子离化19-20
• 2.3 影响光学薄膜损伤阈值的因素20-22
• 2.3.1 波长效应20
• 2.3.2 脉宽效应20-21
• 2.3.3 光斑效应21
• 2.3.4 累积效应21
• 2.3.5 薄膜厚度21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 3 抗 1064nm固体激光损伤测试平台的搭建23-39
• 3.1 损伤阈值的定义23-25
• 3.2 损伤阈值的测量方式25
• 3.3 激光的VRM模式25-27
• 3.4 VRM模式下光斑的测量27-31
• 3.4.1 热透镜效应27
• 3.4.2 VRM模式下光斑的测量27-28
• 3.4.3 平凹柱面镜整形28-31
• 3.5 二元光学后镜模式下光斑的测量31-35
• 3.5.1 二元光学元件31
• 3.5.2 二元光学后镜模式下的光斑31-32
• 3.5.3 热致退偏32
• 3.5.4 热致退偏导致的光斑退化32-35
• 3.6 激光能量、光斑测量及激光能量密度计算35-36
• 3.6.1 激光能量实时测量35
• 3.6.2 光斑测量及激光能量密度35-36
• 3.7 损伤判断方法36-37
• 3.8 本章小结37-39
• 4 离子束溅射制备膜系抗激光损伤特性的研究39-53
• 4.1 样品制备及损伤形貌表征39-40
• 4.2 样品抗激光损伤实验40-41
• 4.3 半波长保护层、缓冲层对增透膜损伤阈值的影响41-48
• 4.3.1 增透膜膜系设计及驻波场分布41-42
• 4.3.2 实验结果与讨论42-45
• 4.3.3 增透膜前后表面损伤特性45-48
• 4.4 S、P偏振光入射对45度高反膜损伤阈值的影响48-51
• 4.4.1 膜系设计与驻波场分布48-50
• 4.4.2 损伤阈值的测量及损伤形貌的观察50-51
• 4.4.3 实验结果分析51
• 4.5 本章小结51-53
• 5 总结与展望53-55
• 5.1 论文主要工作及成果53-54
• 5.2 论文的不足之处54
• 5.3 后续工作的展望54-55
• 参考文献55-60
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果60

【参考文献】

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本文编号：269563