铜铟镓硒(CIGS)纳米薄膜作为一种半导体材料,在太阳能电池领域发挥着重要作用。本文基于磁控溅射技术,在不同溅射功率、工作压强和溅射时间下制备了一系列CIGS纳米薄膜样品,并利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术完成了CIGS纳米薄膜中Ga与(In+Ga)原子比以及Cu与(In+Ga)原子比的定量分析;然后结合每个溅射参数下绘制的单一定标曲线,绘制了两个含量比的综合定标曲线,综合定标曲线的拟合系数均达到了0.99以上,说明拟合效果良好。同时,针对三个随机溅射参数下制备的CIGS纳米薄膜样品,对比了能量色散X射线光谱(EDS)技术和LIBS技术的分析结果,两者之间的误差均小于5%,验证了LIBS技术分析的精确性。本研究为CIGS薄膜的快速分析和性能的及时判定提供了一种新手段,也开发了LIBS技术在薄膜半导体材料领域的新应用。

采用单靶磁控溅射方法在不同溅射时间下制备了铜铟镓硒薄膜,并且利用激光诱导击穿光谱技术实现对铜铟镓硒薄膜中元素含量比的快速定量分析。结果表明:随着溅射时间延长,Ga与(In+Ga)的谱线强度比值以及薄膜的禁带宽度同步变化,均呈先减小后增大的规律;铜铟镓硒薄膜的激光诱导击穿光谱图以及谱线分析、几种元素辐射强度比值的快速定量分析都表明,激光诱导击穿光谱技术能够间接地实现对铜铟镓硒薄膜中元素含量比的快速检测,能够在铜铟镓硒薄膜的性能分析以及制备参数优化方面发挥辅助作用。

铜铟镓硒薄膜中4种元素的含量比对薄膜的性能有非常大的影响。采用磁控溅射方法在不同工作气压下制备了铜铟镓硒薄膜,利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术实现了铜铟镓硒薄膜中Ga含量与(In+Ga)含量之比以及Cu含量与(In+Ga)含量之比的定量分析。分析了不同工作气压下制备的铜铟镓硒薄膜中元素谱线的强度,结果表明:I_Ga/I_(In+Ga)与薄膜的禁带宽度是对应的,均随工作气压的增加而先增大后减小,当工作气压为2.0 Pa时,获得了最大的薄膜禁带宽度;I_Cu/I_(In+Ga)与能谱仪测得的浓度变化一致。LIBS技术能够实现薄膜中元素含量比例的快速检测,不同元素谱线强度的相对比值能够间接反映薄膜中元素含量的比值,验证了LIBS技术在薄膜分析方面的潜力,为优化磁控溅射制备铜铟镓硒薄膜的工作参数提供了方法和技术支持。

采用步进电机控制光栅角度，对200 μm和600 μm圆柱透镜准直的体布拉格光栅(VBG)外腔单管C封装半导体激光器进行了系统研究。实验结果表明:激光二极管(LD)驱动电流越大，准直效果越好，VBG的角度调整容差越小;快轴方向的准直效果越好，慢轴方向的光栅调节角度容差越大;对于衍射效率28%、厚1.4 mm的光栅，LD快轴发散角为7.3 mrad时，快轴方向的角度容差不大于3.2 mrad，慢轴方向的角度容差较快轴大约一个数量级。

报道了一种高脉冲重复频率，紧凑型横向激励大气压CO2激光器。激光器使用紫外电晕预电离方式，放电均匀、稳定。自由振荡情况下，激光脉冲输出能量达到15 mJ,输出脉冲宽度为60 ns。气体高速循环系统采用涡轮增压技术，最高循环风速可达100 m/s以上，激光脉冲重复频率为2 kHz。

研制了一种新型的预电离结构——管状预电离器，并将其应用于可调谐TEA CO2激光器。利用光栅选线方案，采用光栅谐振腔，实现了激光的调谐输出。在输出耦合率为50%、气压为40 kPa的条件下，10P(20),10R(20),9P(20),9R(20)四条谱线获得的最高电光转换效率，分别为9.5%，9.7%，9.8%，9.8%。实现了激光器的高重复频率可调谐输出运转，测量了上述4条谱线激光输出的脉冲能量及平均功率,在输出耦合率为50%、气压为30 kPa的条件下，重复频率最高可达190 Hz, 此时的10P(20),10R(20),9P(20),9R(20)四线的平均功率分别为322，321，340，338 W。

基于国产非晶态合金磁芯, 研制了采用可控硅开关、脉冲升压变压器、以及两级磁脉冲压缩网络的全固态激励电路系统, 并且应用于放电体积为29 cm3, 工作气压为100 kPa的电晕预电离小型TEA CO2激光器。讨论了提高系统能量传输效率和减小系统体积的设计方法, 并且测量了系统的工作性能以及各部分的能量损失。实验结果表明：磁脉冲压缩网络的能量传输效率大于83％, 全固态激励系统的总效率大于75％；连接激光器负载时, 输出脉冲的电压峰值约为22 kV, 电流上升时间约为100 ns；得到了脉冲能量109 mJ, 宽度70 ns的激光输出, 激光器整体效率约为3.3％。在目前的封离体积与气体循环方式限制下, 激光器最大重复频率约为100 Hz, 而激励电路部分可以达到400 Hz的工作频率。

研制了一种基于管状预电离的可调谐横向激励大气压(TEA)CO₂ 激光器。激光器采用光桥结构和折叠腔技术,输出稳定、结构紧凑。采用光栅谐振腔,实现了激光的调谐输出。激光器可输出谱线73条,波长范围为9.19-10.86 μm,其中45条谱线输出能量大于2 J。对于P10(20),R10(20),P9(20),R9(20)四条谱线,获得最大的激光脉冲能量分别为5.3,5.4,5.5,5.1 J,对应的电光转换效率分别为9.6%,9.8%,10.0%,9.3%;获得的最高电光转换效率依次为10.3%,10.7%,10.7%,10.7%。在气压为30 kPa下,激光器获得的最大比注入能量为2.626 J/(L·kPa),P9(20)谱线获得的最大比输出能量为0.205 J/(L·kPa)。测量了不同气压下的四条谱线的激光脉冲波形,输出的激光脉冲宽度值有所不同,其中R9(20)的脉冲宽度最大。测量了光束远场发散角,其值为2.6 mrad。实现了激光器的高重复频率可调谐输出,重复频率最高可达190 Hz。

研究了一台增益体积为2.48 L,采用pulser/sustainer放电技术激励的高功率长脉冲紫外预电离TE CO2激光器的运转特性。激光器采用普通平凹稳定腔输出或光栅谐振腔调谐输出。在20-40 kPa气压范围,10-50 μs放电脉冲宽度下,均获得均匀稳定的大体积辉光放电和大能量长脉冲激光输出。给出了激光器在不同脉冲宽度、不同气压下的典型放电电压、放电电流波形和详细的激光输出脉冲能量及电光转换效率数据;也给出了采用光栅谐振腔调谐输出时4条主要激光跃迁谱线的输出激光脉冲波形。工作在非调谐谐振腔和激光混合气气压30 kPa时,激光器以50.1 μs放电脉冲宽度工作,单脉冲输出激光能量11.1 J,相应脉冲功率达220 kW;以31.6 μs放电脉冲宽度150 Hz高重复频率工作输出平均功率达1.52 kW,相应平均脉冲能量10.0 J,脉冲功率超过300 kW。