1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
真空环境中高功率激光装置光学元件表面的有机物污染是限制其负载能力的原因之一。针对装置中常见的有机物污染和三倍频激光溶胶凝胶减反膜，通过精确控制真空环境中污染源的挥发扩散，制备了有机物质量面密度不同的元件表面，定量研究了有机污染物质量面密度对溶胶凝胶减反膜光学性能及损伤特性的影响规律。实验结果表明：样品表面粗糙度、透过率、损伤阈值等的变化量均与有机物质量面密度成正相关。有机污染物沉积量较少时，由于膜层孔隙被填充，膜层的表面粗糙度略有减小；随着沉积量增加，有机物附着影响表面形貌，粗糙度显著增加。溶胶凝胶减反膜在351 nm波长处的光学透过率随着有机物质量面密度的增加而逐渐降低，这与有机物分子改变溶胶凝胶膜孔隙填充比有关。样品表面的激光损伤阈值变化量和损伤面积随着有机物质量面密度的增加而增加，而且不同有机物沉积量的光学表面的损伤形貌存在显著差异。基于实验结果讨论了有机物影响溶胶凝胶减反膜性能的机理，并探讨了高功率激光系统的洁净度控制方法。
薄膜 有机污染物 质量面密度 溶胶凝胶减反膜 透过率 激光诱导损伤 洁净度控制
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Different post-treatment processes involving the use of ammonia and hexamethyldisilazane (HMDS) were explored for application to 351 nm third harmonic generation antireflective ( AR) coatings for high power laser systems prepared by the sol-gel method. According to experimental analysis, the AR coatings that were successively post-treated with ammonia and HMDS at 150°C for 48 h and again heat-treated at 180°C for 2 h (N/H 150 + 180 AR) were relatively better. There were relatively fewer changes in the optical properties of the N/H 150 + 180 AR coating under a humid and polluted environment, and the increase in defect density was slow in high humidity environments. The laser-induced damage threshold of the N/H 150 + 180 AR coating reached (355 nm, 6.8 ns), a value that meets the basic requirements of high power laser systems.
optical materials antireflection coatings sol-gel optics at surfaces laser damage thin films optical properties Chinese Optics Letters
2022, 20(1): 011601
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波 315201
为了降低铝合金因激光辐照而产生颗粒污染物的几率,研究了激光冲击强化对纳秒激光辐照5052铝合金诱致污染物产生规律的影响。首先采用不同功率密度的纳秒激光对5052铝合金试样进行冲击强化,而后采用纳秒激光对激光冲击强化后的5052铝合金试样进行辐照-洁净度测试,最后对比分析激光冲击强化前后5052铝合金试样表面硬度、形貌、粗糙度及因激光辐照诱致污染物产生规律的变化。研究结果表明:激光冲击强化在提高5052铝合金表面强度的同时,对抑制低通量激光辐照(不高于0.65 J/cm 2)导致的污染物产生同样是有效的;对于粗糙度Ra为1.6的5052铝合金表面,经聚焦光斑直径为2.2 mm的高斯脉冲激光(光斑搭接率为50%,波长为532 nm,脉冲宽度为14 ns,功率密度为0.75~1.88 GW/cm 2)冲击强化后,低通量激光辐照阶段,激光诱致污染物(粒径为0.3~0.5 μm)数量降低25%~50%。研究结果为5052铝合金因激光辐照,尤其是低通量激光辐照而产生污染物的控制提供了一种新的方法。
激光技术 激光冲击强化 洁净控制 铝合金 激光辐照 颗粒污染物 中国激光
2021, 48(18): 1802010
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
颗粒污染物是高功率激光装置光学元件损伤的诱因之一,掌握污染物产生规律是解决污染诱致损伤问题的基础。针对本色氧化工艺处理前后的5052铝合金样品,研究了激光辐照样品诱致亚微米和微米尺寸气溶胶颗粒的产生规律,分析了激光能量密度、脉冲数目、激光光斑直径、表面粗糙度等参数对颗粒物数量的影响。结果表明:颗粒物数量和激光光斑面积呈正相关;激光能量密度低于烧蚀阈值时,颗粒物产生于第一个脉冲辐照过程,高于烧蚀阈值时,表面颗粒物数量随着激光能量密度增加而逐渐增加;随着激光脉冲数目的增加,本色氧化5052样品产生颗粒物的数量逐渐增加,而5052样品产生颗粒物的数量变化不明显。两种不同表面工艺样品产生颗粒物的规律存在较大差别;低于烧蚀阈值时,两种样品产生的颗粒物数量相当;在烧蚀阈值附近时,颗粒物数量存在陡增现象;高于烧蚀阈值时,本色氧化5052样品产生的颗粒物数量显著多于5052样品。研究结果为高功率激光装置中铝合金表面处理和洁净控制提供了参考依据。
激光光学 颗粒污染物 洁净控制 激光辐照 铝合金 激光诱致损伤 中国激光
2021, 48(14): 1402015
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院中国工程物理研究院高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
3 中国科学院大学, 北京 100049
激光器输出功率稳定及高功率激光装置中长光程传输光束指向稳定,都对维持光学件位置的支撑镜架稳定性提出了很高的要求。为了维持光束的准直性,支撑结构必须兼顾可调节性和稳定性,而可调节性将引入不稳定性。本文针对可调节支撑镜架中常用的调节结构提出一种结构改进设计,通过添加单独起导向作用的精密滑动配合,实现对传统调节结构中导向与传动耦合的螺纹配合进行功能解耦,降低了螺纹配合中较大径向间隙对导向精度的影响,提高了镜架的稳定性;搭建了稳定性对比测试装置,实现在同一光路中对不同光学镜架的稳定性对比测试。实验结果验证了所提改进调节结构可有效提升光学支撑镜架结构的稳定性。
光学器件 光学调节结构 可调节支撑镜架 角漂移 稳定性 中国激光
2020, 47(10): 1001002
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室, 上海 201800
2 上海大学机电工程与自动化学院, 上海 200444
3 电子工程学院脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
研究了表面处理工艺对铝合金表面抗激光损伤能力的影响。结果表明，在相同纳秒激光脉冲辐照下，与机械抛光相比，化学镀镍、阳极氧化黑和硬质阳极氧化处理的表面损伤阈值较低，而钝化和微弧氧化的损伤阈值较高；相同处理工艺但不同参数对应的损伤阈值不同。通过比较不同工艺表面的相关物理参数，对损伤阈值、形貌和规律进行了分析。结果表明，钝化更适用于高功率激光装置中铝合金表面的处理。
激光技术 表面处理工艺 激光损伤 损伤阈值 损伤形貌 中国激光
2016, 43(12): 1202001
Author Affiliations
Abstract
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
By using N-S equations, RNG κ-ε model and discrete phase model of Euler-Lagrange method, numerical simulations on the removal trajectories of contaminant particles of different sizes and types on the mirror surface are conducted with the commercial software Fluent. Benefiting from the simulation results, a useful device which can capture and collect debris from the mirror surface online is built. Ultimately the efficiency of cleaning and cleanliness of transport mirrors are improved. And to some extent, the chances that contaminant particles go into the surrounding environment and further pollute other optical components are reduced.
激光技术 高功率激光 污染物除去轨迹 数值模拟 传输镜 洁净度 laser technique high power laser debris removal trajectory numerical simulation transport mirrors cleanliness Collection Of theses on high power laser and plasma physics
2015, 13(1): 0102010
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
利用计算流体动力学（CFD）技术，对有机污染物在空间滤波器内的扩散情况进行了数值模拟，得到了在不同洁净控制设计方案下，有机污染物物在空间滤波器真空系统中随扩散时间的浓度分布情况，而后在优选设计的基础上对模型进一步优化，最终减少了有机污染物对空间滤波器内光学元器件的污染，对于实现高功率激光装置的高效、精密运行具有重要意义。
光学设计 空间滤波器 优化设计 计算流体动力学 有机物污染 中国激光
2015, 42(s1): s102015
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Abstract
1 National Laboratory on High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
In high-power laser systems (HPLSs), understanding debris-removal trajectories is important in eliminating debris from the surfaces of transport mirrors online and keeping other optical components free from contamination. NS equations, the RNG k–" model and the discrete phase model of the Euler–Lagrange method are used to conduct numerical simulations on the trajectories of contaminant particles of different sizes and types on the mirror surface using Fluent commercial software. A useful device is fabricated based on the simulation results. This device can capture and collect debris from the mirror surface online. Consequently, the effect of debris contamination on other optical components is avoided, cleaning time is shortened, and ultimately, the cleanliness of the mirrors in HPLSs is ensured.
cleanliness of the mirror debris trajectory Fluent high-power laser systems numerical simulations High Power Laser Science and Engineering
2015, 3(1): 010000e5
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
利用Fluent软件，以N-S方程和RNG κ-ε 模型为基础，采用离散相模型,对风刀吹扫去除传输镜表面颗粒物污染物的流场，以及吹扫去除过程中颗粒物的运动轨迹进行了模拟，并基于模拟仿真结果搭建了颗粒物污染捕捉和收集的装置，最终提高了传输镜表面污染物的清除效率和洁净度，并且在一定程度上避免了吹扫过程中污染物颗粒进入周围环境以造成对其他光学元器件的污染。
激光技术 高功率激光 污染物除去轨迹 数值模拟 传输镜 洁净度
