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基于空间分辨法分析时间低相干光自聚焦效应

物理学报 2024年第9期73卷 36-45页

作者：单翀孔令豹崔勇季来林赵晓晖李福建饶大幸赵元安隋展邵建达复旦大学信息科学与工程学院超精密光学制造工程技术研究中心上海201203 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所上海201800 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室上海201800

时间低相干光由于其瞬时宽带的物理特性,在激光惯性约束聚变中得到了广泛的关注.然而其复杂的时间尖峰结构或将诱导非线性自聚焦效应的放大.同时,传统的非线性自聚焦特征数值的测试方法中,多数材料的表面损伤先于体内自聚焦成丝损伤发生... 详细信息

时间低相干光由于其瞬时宽带的物理特性,在激光惯性约束聚变中得到了广泛的关注.然而其复杂的时间尖峰结构或将诱导非线性自聚焦效应的放大.同时,传统的非线性自聚焦特征数值的测试方法中,多数材料的表面损伤先于体内自聚焦成丝损伤发生,这为对比不同激光的非线性效应带来巨大影响.本文利用短焦距透镜对熔石英进行紧聚焦,通过调节入射激光能量,在避免前表面损伤的前提下,诱导熔石英产生自聚焦成丝损伤.随后通过理论计算对光束在样品体内传输过程的光斑变化进行空间分辨处理,并得到对应细分位置的非线性数值.最终将各个位置对应的非线性相位变化值进行积分,得到前表面无损条件下材料的非线性自聚焦特征数值.测试结果表明时间低相干光的非线性自聚焦效应比传统单模脉冲激光更强.本文不仅设计了一套更加精确的对比不同激光非线性效应的测试方法,同时也探明了时间相干性对于非线性自聚焦效应的影响机制,为高功率时间低相干激光器的设计提供理论依据和参考.

关键词：惯性约束核聚变时间低相干光非线性自聚焦特征数值空间分辨法

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基于空间分辨法分析时间低相干光自聚焦效应的研究

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物理学报 2024年

作者：单翀孔令豹崔勇季来林赵晓晖李福建饶大幸赵元安隋展邵建达中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室复旦大学信息科学与工程学院超精密光学制造工程技术研究中心

时间低相干光由于其瞬时宽带的物理特性，在激光惯性约束聚变中得到了广泛的关注。然而其复杂的时间尖峰结构或将诱导非线性自聚焦效应的放大。同时，传统的非线性自聚焦特征数值的测试方法中，多数材料的表面损伤先于体内自聚焦成丝损... 详细信息

时间低相干光由于其瞬时宽带的物理特性，在激光惯性约束聚变中得到了广泛的关注。然而其复杂的时间尖峰结构或将诱导非线性自聚焦效应的放大。同时，传统的非线性自聚焦特征数值的测试方法中，多数材料的表面损伤先于体内自聚焦成丝损伤发生，这为对比不同激光的非线性效应带来巨大影响。本文利用短焦距透镜对熔石英进行紧聚焦，通过调节入射激光能量，在避免前表面损伤的前提下，诱导熔石英产生自聚焦成丝损伤。随后通过理论计算对光束在样品体内传输过程的光斑变化进行空间分辨处理，并得到对应细分位置的非线性数值。最终将各个位置对应的非线性相位变化值进行积分，得到前表面无损条件下材料的非线性自聚焦特征数值。测试结果表明时间低相干光的非线性自聚焦效应要比传统单模脉冲激光更强。本文不仅设计了一套更加精确的对比不同激光非线性效应的测试方法，同时也探明了时间相干性对于非线性自聚焦效应的影响机制，为高功率时间低相干激光器的设计提供理论依据和参考。

关键词：惯性约束核聚变时间低相干光非线性自聚焦特征数值空间分辨法

1064 nm纳秒激光辐照下HfO_(2)/SiO_(2)增透膜损伤的动态过程研究

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中国激光 2024年第8期51卷 60-73页

作者：向程江刘晓凤陶春先李大伟赵元安徐子媛帅坤龚赫孙建张伟丽邵宇川邵建达上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜实验室上海201800 中国科学院强上海光学精密机械研究所激光材料重点实验室上海201800 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心北京100049 国科大杭州高等研究院浙江杭州310024

时间分辨的泵浦探测技术是研究光学元件损伤动态过程的有力手段。基于增强电荷耦合器件(ICCD)的时间分辨泵浦探测技术,对比研究了1064 nm纳秒激光辐照下HfO_(2)/SiO_(2)增透膜膜面处于激光入射面(正向过程)和出射面(反向过程)两种情况... 详细信息

时间分辨的泵浦探测技术是研究光学元件损伤动态过程的有力手段。基于增强电荷耦合器件(ICCD)的时间分辨泵浦探测技术,对比研究了1064 nm纳秒激光辐照下HfO_(2)/SiO_(2)增透膜膜面处于激光入射面(正向过程)和出射面(反向过程)两种情况下的动态损伤过程。在同一能量密度(52 J/cm^(2))激光辐照下,正向和反向过程都产生了无膜层剥落的小坑损伤以及伴随膜层剥落的小坑损伤,但反向过程产生的小坑的横向尺寸和深度都比正向的大。有限元分析结果表明正向和反向过程中增透膜内部的基底-膜层界面场强相似,但实际损伤形貌尺寸以及依据冲击波传播速度计算得到的爆炸能量都表明反向过程沉积的能量更大,可见等离子体形成后在后续激光脉冲辐照下的发展过程决定了两种情况下的损伤差异。增透膜损伤的时间分辨研究对其损伤机制分析以及实际应用具有重要意义。

关键词：薄膜增透膜激光诱导损伤时间分辨等离子体冲击波

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基于液晶偏振光栅的大口径激光光束扫描系统

应用光学 2024年第3期45卷 557-567页

作者：刘禹彤曹宗新李子凡龚君豪毛红敏张大伟赵元安洪瑞金樊丽娜曹召良苏州科技大学物理科学与技术学院江苏微纳热流技术与能源应用重点实验室江苏苏州215009 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室上海201800

非机械式激光光束扫描系统具有体积小、重量轻、易集成等优势,在激光雷达、激光武器和激光通信等领域具有较大的应用前景,其通光口径决定着设备的工作距离、扫描精度和目标摧毁能力。基于液晶偏振光栅设计了一种全电控制的大口径激光光... 详细信息

非机械式激光光束扫描系统具有体积小、重量轻、易集成等优势,在激光雷达、激光武器和激光通信等领域具有较大的应用前景,其通光口径决定着设备的工作距离、扫描精度和目标摧毁能力。基于液晶偏振光栅设计了一种全电控制的大口径激光光束扫描系统。采用液晶偏振光栅和液晶空间光调制器的协同工作方式,实现光束的大角度连续扫描;设计了光束扫描系统,并重点分析了级联液晶偏振光栅组的控制策略,给出了具体控制方法。最后,进行了激光光束的初步扫描实验,实现了70 mm口径光束在−16.575°~16.575°的偏转。该研究结果为激光光束的非机械式扫描控制提供了技术支撑,并在大口径激光扫描系统应用方面进行了初步探索。

关键词：激光液晶偏振光栅非机械式扫描大口径级联控制

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光学元件的激光损伤问题

强激光与粒子束 2022年第1期34卷 57-68页

作者：赵元安邵建达刘晓凤李大伟中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室上海201800 中国科学院强激光材料重点实验室上海201800

光学元件是各类激光系统不可或缺的光学功能实现部件,其性能决定了激光系统的输出能力和光束质量。光学元件的激光损伤问题从激光发明起就一直伴随着激光技术的发展,随着激光新技术的发展和激光新应用的牵引,激光的波段、脉冲宽度以及... 详细信息

光学元件是各类激光系统不可或缺的光学功能实现部件,其性能决定了激光系统的输出能力和光束质量。光学元件的激光损伤问题从激光发明起就一直伴随着激光技术的发展,随着激光新技术的发展和激光新应用的牵引,激光的波段、脉冲宽度以及重复频率等参数不断拓宽,使得激光损伤问题更加复杂,但万变不离其宗,激光损伤问题的核心是光学元件或光学材料对激光的吸收机制问题。从激光与光学材料相互作用的基本原理出发,以惯性约束聚变(ICF)激光驱动器应用的典型光学材料和光学元件为研究对象,回顾了针对光学元件的激光损伤问题开展的科研工作,总结了在此期间形成的关键技术和里程碑进展,同时也对依然困扰该领域的几类光学元件存在的问题瓶颈以及进一步研究发展趋势进行了展望。

关键词：激光损伤光学元件高功率激光吸收机制微观缺陷纳观尺度激光损伤前驱体

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激光薄膜元件内微缺陷的表征分析

中国激光 2023年第2期50卷 50-56页

作者：崔云张革赵元安邵宇川朱美萍易葵邵建达中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室上海201800 中国科学院强激光材料重点实验室上海201800

激光系统用薄膜元件既要有优异的光学性能,又要有高的激光诱导损伤阈值(LIDT)。薄膜元件的基底表面上交替沉积有高低折射率材料,通过膜厚、折射率等参数的优化可实现所需的光学性能,但元件中存在的微缺陷(如膜料喷溅缺陷、基底缺陷等)... 详细信息

激光系统用薄膜元件既要有优异的光学性能,又要有高的激光诱导损伤阈值(LIDT)。薄膜元件的基底表面上交替沉积有高低折射率材料,通过膜厚、折射率等参数的优化可实现所需的光学性能,但元件中存在的微缺陷(如膜料喷溅缺陷、基底缺陷等)是导致LIDT降低的重要原因。通过精准定位切割、三维重构的方法,表征膜料喷溅和基底抛光产生的微缺陷的形貌结构,并对其激光辐照前后的元素分布进行了分析。研究结果为镀制工艺、基底加工工艺的改进提供了参考。

关键词：薄膜激光损伤微缺陷喷溅基底抛光

抑制损伤发展的CO_2激光修复技术及机理研究

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光学学报 2011年第8期31卷 177-181页

作者：胡国行赵元安李大伟中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室上海201800 中国科学院研究生院北京100049

熔石英表面激光损伤发展问题一直制约着激光器的运行通量。采用CO2激光在线熔融修复损伤点,修复后形成一个光滑的高斯坑,去除了损伤点中的裂纹,平滑了凹凸不平的表面,并且在紫外脉冲激光作用下,修复斑再次产生损伤的阈值高于熔石英元件... 详细信息

熔石英表面激光损伤发展问题一直制约着激光器的运行通量。采用CO2激光在线熔融修复损伤点,修复后形成一个光滑的高斯坑,去除了损伤点中的裂纹,平滑了凹凸不平的表面,并且在紫外脉冲激光作用下,修复斑再次产生损伤的阈值高于熔石英元件的损伤生长阈值。因此CO2熔融修复技术能有效地抑制损伤发展。通过分析CO2激光作用下熔石英表面的温度分布,讨论修复坑的形成过程,确定激光参数对修复效果的影响,为寻找最佳修复参数提供理论基础。同时利用原子力显微镜(AFM)、轮廓仪细致分析损伤点和修复斑的微细结构,采用有限差分时域方法计算损伤点和修复斑周围的光强分布,探索消除裂纹和平滑表面对抑制损伤生长的作用。

关键词：激光光学修复损伤发展温度分布光强分布

HF蚀刻+逐层抛光法表征熔石英亚表面损伤层深度

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中国激光 2012年第3期39卷 88-93页

作者：杨明红赵元安易葵邵建达中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室上海201800 中国科学院研究生院北京100049

脆性材料的研磨过程会不可避免地产生亚表面损伤层,对亚表面损伤层的表征和抑制一直是获得高激光损伤阈值熔石英光学元件的关注热点。回顾了几种亚表面有损表征技术,通过实验重新评价了蚀刻表面峰谷(PV)粗糙度法的可行性,分析了其误差... 详细信息

脆性材料的研磨过程会不可避免地产生亚表面损伤层,对亚表面损伤层的表征和抑制一直是获得高激光损伤阈值熔石英光学元件的关注热点。回顾了几种亚表面有损表征技术,通过实验重新评价了蚀刻表面峰谷(PV)粗糙度法的可行性,分析了其误差较大的原因。在此基础上,提出了一种新的亚表面损伤层深度检测方法——HF蚀刻+逐层抛光法。分别采用这两种表征技术以及粗糙度估计法、磁流变斜面抛光法对不同工艺研磨的熔石英亚表面裂纹深度进行了对比检测,结果表明这几种表征方法相互符合很好。

关键词：光学制造亚表面损伤 HF蚀刻+逐层抛光法疏松研磨剂研磨磁流变抛光

基于分光光度法的差分信号精确测量高反镜反射率

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中国激光 2023年第10期50卷 87-92页

作者：胡晨璐李大伟刘晓凤李笑玲赵元安邵建达王琨龚赫陶春先中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 中国科学院强激光材料重点实验室上海201800 中国科学院大学杭州高等研究院浙江杭州310024 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

目前,高反射率反射镜在激光陀螺和引力波探测等领域中有着广泛的应用。但对于反射率为99.9%~99.99%的样品,现有测试手段存在一定局限性。搭建了基于分光光度法的反射率测量装置,采用双光路测量方法,通过测量参考信号和基准信号、参考信... 详细信息

目前,高反射率反射镜在激光陀螺和引力波探测等领域中有着广泛的应用。但对于反射率为99.9%~99.99%的样品,现有测试手段存在一定局限性。搭建了基于分光光度法的反射率测量装置,采用双光路测量方法,通过测量参考信号和基准信号、参考信号和测试信号的差分信号来计算反射率。与绝对值较大的参考信号、基准信号和测试信号等相比,信号差值本身相对较小,因此可以充分利用锁相放大器的灵敏度来提高反射率的测量精确度。所介绍的测量方法的精确度可达10-5,与光腔衰荡法进行对比,测量误差在0.009%以下。所提方法用简单的装置就能达到较高的精确度,满足99.9%~99.99%反射率的精确测量需求。

关键词：测量激光光学高反射率分光光度法光学薄膜锁相放大器