液晶光學(xué)器件功能薄膜的激光損傷機(jī)理研究.pdf

1、液晶光學(xué)器件在光束整形、激光偏振態(tài)和相位控制等激光束精密控制技術(shù)上具有重要的應(yīng)用潛力，但其能否在強(qiáng)激光系統(tǒng)中應(yīng)用，其中一個重要指標(biāo)是其抗激光損傷能力。本論文研究了連續(xù)波及脈沖體制（脈寬為10 ns）近紅外激光（波長為1064nm）對液晶光學(xué)器件功能膜層材料的損傷閾值和機(jī)理。建立了各膜層材料激光熱損傷的物理模型，并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究。
　　建立了激光輻照氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電薄膜的溫度場和熱應(yīng)力計算模型，計算結(jié)果表明:10

2、64nm激光對ITO薄膜的損傷主要為熱應(yīng)力損傷;連續(xù)波激光輻照下，薄膜損傷始于薄膜與基底之間的界面處附近;脈沖激光輻照下，由于作用時間短，溫升主要發(fā)生在光斑范圍內(nèi)的膜層，薄膜從表面開始損傷。實(shí)驗(yàn)研究了ITO的光電性能，測試了薄膜的吸收光譜曲線及方塊電阻;利用泵浦-探測技術(shù)研究了其激光損傷現(xiàn)象，使用1-on-1法測定了氧化銦錫薄膜的50％損傷幾率閾值;研究了不同功率密度激光輻照后薄膜方塊電阻的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:薄膜越厚，方塊電阻越小，激

3、光損傷閾值越低;薄膜未完全損傷前，方塊電阻隨激光功率密度的增大而增大。
　　研究了激光與PI薄膜材料的耦合機(jī)制及近紅外激光輻照對PI薄膜的損傷，其損傷機(jī)理主要是激光加熱導(dǎo)致其熱分解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明PI薄膜對1064nm脈沖激光100％損傷幾率閾值為25 J/cm2。建立了激光輻照PI薄膜的熱計算模型，考慮了材料的分解放熱。脈沖激光輻照PI薄膜（K9玻璃基底）的計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。計算了連續(xù)激光輻照50μm厚PI薄膜（無基底）的

4、溫度場，表明其對連續(xù)激光損傷閾值較高。
　　實(shí)驗(yàn)研究了液晶材料的激光損傷，其機(jī)理主要是激光加熱導(dǎo)致其溫度超過清亮點(diǎn)溫度(65℃)時，液晶材料從各向異性變?yōu)楦飨蛲?，液晶器件功能暫時失效;溫度超過300℃后，液晶材料發(fā)生氣化、分解以至碳化導(dǎo)致液晶器件的永久失效。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:1064nm、10ns激光脈沖作用時，液晶材料永久損傷的閾值為20J/cm2，略低于理論計算值，主要是因?yàn)橛嬎阒形纯紤]液晶盒中局部雜質(zhì)、激光光強(qiáng)分布不均等因素的