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激光预处理技术作为提高光学元件抗激光损伤能力的有效手段,引起了人们的广泛关注和研究。在高功率激光驱动器建设的牵引下,激光预处理技术已经成为解决部分大口径光学元件激光负载能力的关键技术途径,在美欧等国已进入了工程实用阶段。搭建小光斑扫描激光预处理系统以及研究激光预处理工艺对解决国内实际工程问题具有重要的应用价值。为此本文开展了激光预处理技术研究,主要有以下几个方面:
搭建了大口径光学元件激光预处理平台。该平台集成了激光脉冲稳定输出、能量精密调节、光束特性实时监测、机械精确定位、损伤实时准确诊断、数据流及时处理等一系列功能,可以实现快速、稳定、无人值守的全自动化运行。
基于激光预处理是允许不影响系统正常运行的良性损伤存在的事实,对基频反射膜中的典型损伤形貌进行了研究。研究表明锥形坑、等离子体烧蚀以及平底坑这三种典型的损伤形态在一定激光通量范围内比较稳定,是激光驱动器运行可以容忍的良性损伤,分层剥落由于随激光脉冲作用其尺寸快速生长而形成灾难性损伤,这是系统运行所不能容忍的,但可以通过改进镀膜工艺抑制这种损伤形态的出现。
探索了激光预处理提升基频反射膜抗激光损伤能力的机制,认为去除或稳定节瘤缺陷种子是提高元件抗激光损伤能力的根本原因。节瘤缺陷结构的电最终连续与否是决定其激光损伤行为的关键因素。当节瘤的边界与膜层基质材料为不连续结构时,节瘤与膜层结合度差,容易在低通量激光作用下得以去除;当节瘤的边界与膜层最终愈合为连续结构时,节瘤与膜层结合度较强,但通过一定通量激光作用可以使其力学稳定性进一步增强。激光预处理技术正是利用这个特性实现抗激光损伤能力提升的技术目的。同时,激光预处理在去除或稳定节瘤缺陷的过程中,可以有效的减少等离子烧蚀的数目和尺寸,降低由于局部损伤对元件使用功能的影响。
以激光预处理机制研究结果为基础,在建成的大口径光学元件激光预处理平台上开展了针对基频反射膜元件的激光预处理工艺研究。根据元件特性及运行通量要求,分析讨论了激光参数优化原则和技术途径,结合功能性损伤标准,形成了大口径基频反射膜的激光预处理工艺。400mm口径基频反射膜经激光预处理后可满足22J/cm2(1064nm,3ns)的激光运行通量要求。