用1.064 μm波长的单脉冲(6 ns)激光对K9玻璃基底上电子束沉积的单层SiO2薄膜进行了辐照损伤实验.以扫描电镜对K9基底的断面进行分析,并采用表面热透镜装置对膜层中的缺陷进行了检测,最后采用Matlab偏微分工具箱对缺陷的散射光光场进行了有限元模拟.实验研究表明:膜层中存在缺陷,基底中也存在大量缺陷.模拟研究表明:缺陷的位置越深,形成的条纹间距也越宽;当缺陷的形状不规则时,在局部出现近似平行的纹波结构;当缺陷的数目增加时,这些缺陷的散射光的叠加就形成相互叠加的条纹.

熔石英亚表面缺陷对光场的调制是导致激光辐照场破坏的主要因素.采用有限元方法对熔石英亚表面缺陷(平面和锥形划痕)周围的光强分布进行了数值模拟.结果表明:划痕形状、几何尺寸、方位角、光的入射角等是影响划痕周围光强分布的主要因素;前表面划痕对光强的增强效果比后表面弱;在理想形状的划痕截面和表面同时发生内全反射时,平面划痕周围的光强增强效果明显.锥形划痕周围的光强分布为正确解释交叉划痕的夹角平分线附近的损伤提供了理论依据.

透射式光热透镜技术是光热偏转技术的新发展.介绍了透射式光热透镜技术测量光学玻璃、光学薄膜弱吸收的基本原理和装置.用Matlab对透射式光热透射技术的原理进行了模拟,对K9玻璃以及在K9玻璃上镀制的薄膜样品的弱吸收进行了测试.结果表明,透射式光热透镜技术是一种高灵敏度的热波检测技术,其灵敏度最高可以达到0.1ppm,而且可以对膜层中的缺陷进行检测.

采用连续CO2激光和真空等离子体相结合的方法对石英基片进行清洗.通过光学显微图、水接触角、透过率和损伤阈值测量分别表征了CO2激光和等离子体对真空硅脂蒸发物污染过的石英基片的清洗效果.研究表明:对于真空硅脂蒸发物污染后的石英基片,可以先采用低能量的CO2激光进行大面积清洗,再用真空等离子体进行精细清洗.光学显微图像表明:清洗后的基片表面的油珠被清除干净;水滴接触角由63°下降到4°;在400nm附近,基片透过率由92.3%上升到93.3%;损伤阈值由3.77 J/cm2上升到5.09J/cm2.

用原子力显微镜和光学显微镜观测酸蚀后熔石英亚表面划痕,并根据形貌特征将其分为Boussinesq-point-forcecrack(BPFC)、Hertzian-conical scratch(HCS)和Plastic indent(PI)三类,测试了各类划痕的损伤阈值,讨论了激光损伤机制.结果表明锐度较大的BPFC损伤阈值不超过2.0J/cm2;深度小于1 μm的 HCS阈值可达2.6 J/cm2;形变较大的PI阈值至2.8 J/cm2,形变较小的PI的激光损伤阈值与无缺陷材料相当.BPFC和深度超过1 μm的HCS是导致熔石英损伤阈值低的主要因素.

分别以丙醇锆和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶工艺制备了性能稳定的ZrO2和SiO2溶胶.用旋转镀膜法在K9玻璃上分别制备了单层SiO2薄膜、单层ZrO2薄膜、ZrO2/SiO2双层膜和SiO2/ZrO2双层膜.采用原子力显微镜观察了薄膜的表面形貌,用椭偏仪测量薄膜的厚度与折射率,用紫外-可见光分光光度计测量了薄膜的透射率.对薄膜的透射光谱和椭偏仪模拟的数据进行分析,发现SiO2/ZrO2双层膜之间的渗透十分明显,而ZrO2/SiO2双层膜之间几乎不发生渗透.利用TFCalc模系设计软件,采用三层膜模型对薄膜的透射率进行模拟,得出的透射曲线与用紫外-可见光分光光度计测量的透射曲线十分符合.