中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
熔石英光学元件在高能量密度的紫外脉冲激光辐照下往往极易出现后表面损伤，这严重影响了紫外高功率脉冲激光装置的可靠性。综合国内外相关研究进展，系统阐述了熔石英元件表面在高能量紫外脉冲激光辐照下的损伤特性，包括典型的初始损伤和损伤增长行为特征，介绍了熔石英元件表面缺陷的类型、分布特性和紫外脉冲激光诱导损伤的内在机制，并概述了常用的熔石英表面加工方法与缺陷控制技术。最后，介绍了熔石英表面缺陷无损检测新技术和抗损伤性能测试技术方面的研究进展。
激光光学 熔石英元件 紫外脉冲激光 缺陷 后表面损伤 光学学报
2022, 42(17): 1714004
1 西华大学 理学院 物理系，成都 610039
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
3 攀枝花学院 数学与计算机学院，四川 攀枝花 617000
基于非线性薛定谔方程，采用分步傅里叶算法模拟了方形超高斯光束在Kerr介质中的传输情况，重点分析了方形超高斯光束轴向中心强度与对角方向强度的演化特性，同时还分析了其在Kerr介质中的自聚焦特性、峰值光强变化情况以及B积分变化情况。研究结果表明：方形超高斯光束通过Kerr介质后，距光束中心不同距离处有不同程度的强度增强和凹陷，光束中心附近的强度增强和凹陷较弱，光束边缘以及四角处的强度增强和凹陷较强，且对角方向上的强度增强和凹陷程度要强于轴向中心方向；减小阶数可以减缓光束的边缘强度增强，并可以减缓B积分的增长；减少Kerr介质厚度可以降低光束边缘强度增强程度，并可以减小B积分的大小。提出了光束边缘强度起伏的主要原因可能是光束的相干叠加。
非线性光学 超高斯光束 Kerr介质 自聚焦 B积分 nonlinear optics super-Gaussian beam Kerr medium self-focusing B-integral 强激光与粒子束
2022, 34(4): 041004
强激光与粒子束
2021, 33(11): 111015
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
为了建立有效无损的亚表面缺陷探测技术, 本文开展了光学元件亚表面缺陷的荧光成像技术研究, 通过系统优化激发波长、成像光谱、成像光路及探测器等影响探测精度和探测灵敏度的参数, 研制出小口径荧光缺陷检测样机。基于该样机对一系列精抛光熔石英和飞切KDP晶体元件的散射缺陷和荧光缺陷进行了表征, 获得了各类样品亚表面缺陷所占的比重差异很大, 从0.012%到1.1%不等。利用统计学方法分析了亚表面缺陷与损伤阈值的关系, 结果显示, 熔石英亚表面缺陷与损伤阈值相关曲线的R2值为0.907, KDP晶体亚表面缺陷与损伤阈值相关曲线的R2值为0.947, 均属于强相关。该研究结果可评价光学元件的加工质量, 用于指导紫外光学元件加工工艺, 并且由于该探测技术具有无损、快速的特点, 因此可应用于大口径紫外光学元件全口径亚表面缺陷探测, 具有极其重要的工程意义。
荧光成像技术 亚表面缺陷 激光损伤 熔石英 KDP晶体 fluorescence image technique subsurface defects laser induced damage fused silica KDP crystal
1 浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
熔融石英光学元件的亚表面缺陷直接影响着其成像质量及激光损伤阈值等指标。相比缺陷的二维截面大小以及深度信息,亚表面缺陷三维轮廓及缺陷体积的定量检测结果可以用来更准确地评估熔融石英光学元件的加工质量。结合共聚焦显微镜的成像原理,使用共聚焦显微镜进行了熔融石英样品层析扫描实验。通过对亚表面缺陷图像特点的分析,提出了适用熔融石英元件亚表面缺陷的三维重建算法。提出的算法在亚表面缺陷重建效率与精度上均优于其他三维重建方法。根据重建后缺陷的统计结果,定量获得了熔融石英样品亚表面缺陷的完整三维信息。
材料 熔融石英 亚表面缺陷 三维重建 激光共聚焦显微镜
1 西南科技大学材料科学与工程学院, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
提出荧光成像技术用于无损探测熔石英光学元件亚表面缺陷,利用该方法获得不同加工工艺下熔石英光学元件的亚表面缺陷。结合熔石英光学元件损伤性能研究,分析了熔石英光学元件亚表面缺陷与其损伤性能的关联关系。结果表明,熔石英光学元件损伤阈值与荧光缺陷密度呈反比关系,即亚表面荧光缺陷较少的样品损伤性能较好。这说明利用该技术方法可以有效评价熔石英光学元件的损伤性能。该研究结果对光学元件加工技术具有指导意义。
图像处理 荧光成像 亚表面缺陷 激光损伤性能 熔石英 激光与光电子学进展
2019, 56(1): 011004
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
2 辽宁省轻工科学研究院， 辽宁 沈阳 110036
3 西南科技大学-中国工程物理研究院激光聚变研究中心极端条件物质特性联合实验室， 四川 绵阳 621010
采用后重氮偶合法，合成了一种新型含咔唑类聚磷腈有机光折变材料。采用氢谱核磁共振法，红外光谱法，紫外-可见吸收光谱法，热重法和差示扫描量热法对该聚合物进行表征和分析，结果表明，该聚合物具有良好的热稳定性，在230 ℃开始分解，450 ℃时基本分解完全。UV-Vis表明波长在360 nm与570 nm之间的宽的吸收带是由于共轭长度的增加产生的，因此可以调整参加偶合反应的重氮盐比例，来控制偶氮生色团功能组分的接入含量。在未使用外加电场及事先极化的条件下对聚合物进行了二波耦合与四波混频实验，证明了聚合物的光折变特性。得到聚合物P-2和P-3的二波耦合增益系数分别为38 cm-1和53.6 cm-1，聚合物P-2和P-3的四波混频衍射效率分别为2.7%和8.1%。
后重氮偶合 聚磷腈 有机光折变材料 二波耦合 四波混频 diazo-coupling polyphosphazene organic photorefractive materials two-beam coupling four-wave mixing 强激光与粒子束
2014, 26(9): 092013
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
基于抛光所引起的熔石英元件表面、亚表面所存在的损伤前驱体分布，研究了不同种类的损伤前驱体所引起的损伤形貌。然后根据不同种类的损伤前驱体分别采用表面活性剂、强氧化性酸、氢氟酸的水溶液对不同的损伤前驱体进行处理。研究结果显示: 经过前期预先清洗以后，吸收性杂质所导致的雾状损伤得以消除，亚表面分布的裂纹得以很好地平滑钝化，极大地提升了熔石英光学元件的抗损伤性能，损伤阈值从4.8 J/cm2提高到11.0 J/cm2,最大提升幅度达到原来的2.3倍。
熔石英 损伤前驱体 氢氟酸 损伤性能 fused silica laser damage precursors HF damage properties 强激光与粒子束
2013, 25(12): 3220
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
光学元件激光损伤是限制高功率激光装置输出能力的关键因素,为了理解光学元件激光损伤过程,提高光学元件抗激光损伤性能,利用偏振阴影显微镜成像技术和光电探测技术研究了紫外皮秒激光诱使熔石英光学元件损伤的时间分辨动力学过程。结果显示了紫外皮秒激光作用过程中冲击应力波的传输特性、瞬态吸收的演变过程以及裂缝的发展过程。结果表明,冲击应力波的传输速度约为6.9 μm/ns;532 nm波长的激光瞬态吸收在激光作用之后2.5 μs时激光吸收达到最大值,之后缓慢下降,整个持续时间可达50 μs以上;损伤裂纹在7.5 ns时刻就基本停止增长。研究结果对理解皮秒激光的损伤机制有重要意义。
时间分辨 激光损伤 皮秒激光 熔石英 time resolved laser induced damage picosecond laser fused silica
1 电子科技大学 物理电子学院, 成都 610054
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
采用ANSYS进行形变-应力模拟。对不同应力状态下的熔石英表面进行三倍频激光损伤测试，结果发现，预加压应力为0~50 MPa时损伤阈值有明显提高的趋势，用应力耦合作用对此给出了解释：0~50 MPa的预加压应力可以降低和抵消激光辐照产生的张应力破坏，大于50 MPa预应力的耦合作用会使得该处机械性能下降，另外，损伤增长在预应力存在时更容易发生。因此，0~50 MPa预加压应力时的表面预应力可以提高熔石英的抗激光辐照能力。
熔石英 预应力 损伤阈值 损伤增长阈值 fused silica pre-stress ANSYS ANSYS damage threshold damage growth threshold 强激光与粒子束
2013, 25(10): 2531
