不同脈寬激光致光學(xué)薄膜元件損傷特性和機(jī)理分析.pdf

1、本文從理論分析、數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究方面對脈寬為fs、ns、ms激光致光學(xué)薄膜元件的損傷特性和機(jī)理進(jìn)行研究。
　　 在脈寬為ms激光對增透膜和反射膜元件損傷實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立了改進(jìn)型缺陷分析模型，結(jié)合熱應(yīng)力分析得到的結(jié)果顯示，增透膜損傷由表面缺陷主導(dǎo)，反射膜損傷由內(nèi)部缺陷主導(dǎo);進(jìn)而定義了積分吸收比參量η，并提出當(dāng)η＜1時(shí)，薄膜元件損傷與增透膜類似，當(dāng)η＞1時(shí)，薄膜元件與反射膜損傷類似。
　　 建立了脈寬為ns激光輻照光學(xué)薄

2、膜元件的一維半無限大模型，結(jié)合薄膜系統(tǒng)電場分布，提出了激光輻照多層薄膜元件溫度場的數(shù)學(xué)解法;計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果顯示，多層介質(zhì)反射膜具有分層破壞特性，單層金屬膜損傷閾值隨膜層厚度遞增進(jìn)而保持不變;所提出的數(shù)學(xué)解法較常用的有限元算法具有計(jì)算快、運(yùn)算量小、可適合大尺寸模型等特點(diǎn)。
　　 采用fs激光輻照金屬膜的雙溫?zé)醾鲗?dǎo)和介質(zhì)膜電離理論，結(jié)合薄膜中實(shí)際電場分布，得到了金屬、介質(zhì)及金屬-介質(zhì)薄膜元件損傷閾值分析方法;研究結(jié)果表明，金屬-

3、介質(zhì)薄膜反射元件在超短脈寬激光系統(tǒng)中的應(yīng)用更具有優(yōu)勢;而金屬膜層的材料和厚度均對損傷有影響，且適當(dāng)增加金屬膜層厚度或引入高熱導(dǎo)率的附加層均能有效提高元件的損傷閾值。
　　 對fs、ns與ms激光致光學(xué)薄膜元件的損傷形貌、閾值及機(jī)理進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:fs激光損傷金屬膜需采用雙溫?zé)醾鲗?dǎo)模型且損傷閾值與脈寬無關(guān)，ns與ms激光可使用單溫?zé)醾鲗?dǎo)模型且損傷閾值與脈寬遵循τ1/2規(guī)律;百皮秒至納秒脈寬之間為雙溫模型向單溫模型的過渡階段;

4、fs激光損傷介質(zhì)膜主要表現(xiàn)為電離擊穿，而ns與ms激光損傷以熱效應(yīng)為主導(dǎo);脈寬為十皮秒到納秒之間時(shí)，電離擊穿與熱效應(yīng)共同作用;熱效應(yīng)分析結(jié)果進(jìn)一步顯示，ms激光比ns激光損傷范圍廣、破壞大，且對缺陷不敏感。
　　 本文結(jié)果可為研究ms激光致光學(xué)薄膜元件的損傷提供理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，為求解ns激光作用于光學(xué)薄膜的溫度場提供一種方法，進(jìn)而為fs激光系統(tǒng)中高性能的光學(xué)薄膜元件設(shè)計(jì)提供輔助手段。文中涉及的不同脈寬激光致光學(xué)薄膜元件的損傷比較