采用飞秒激光制备了无氢氧掺杂类金刚石膜,研究了环境气压对膜层红外性能的影响,并从掺杂含量、原子键、晶态结构等微观特性方面分析了膜层在含氧条件下的演变。研究发现:氧气氛环境可以提高无氢类金刚石膜中金刚石相的含量,有效降低类金刚石膜的红外吸收,从而增强其红外透射性能;膜层折射率可以由气氛环境自由调控,为多层光学膜的设计提供了匹配手段;氧气氛环境未改变类金刚石膜的非晶结构,不会妨害其红外性能。提出了碳膜在含氧条件下的原子键重组模型,丰富了氧掺杂类金刚石膜的研究,为提升类金刚石膜对红外窗口的增透保护提供了理论分析和实践依据。

提出了磁场辅助激光沉积类金刚石(DLC)膜技术, 在硅基底附近添加磁力线向基底收拢的磁场, 用以迫使侧向飞行的离子向基底靠拢并参与成膜。由于离子向基底的集中, 使其在膜层中含量大幅上升, 间接地减少了大颗粒的比例, 因此, 与无磁场条件下制备的DLC膜相比, 引入磁场不仅提高了DLC膜的沉积速率, 而且提高了其机械硬度; 更重要的是, 间接地证明了激光对靶材离化的高效性, 为脉冲激光沉积(PLD)结合磁过滤技术提供了可行性的依据。

采用脉冲激光沉积法在锗基底制备无氢SiC薄膜, 研究了激光能量对SiC薄膜显微结构、成分和红外光学性能的影响规律。利用傅里叶红外光谱仪测量了锗基底SiC薄膜样品的红外透射光谱, 其在785 cm-1附近有一个强烈Si-C键特征吸收峰, 并在红外波数4 000~1 300 cm-1之间具有良好的透过性。通过对透射光谱拟合计算可知: 在红外波段2.5~7.7 μm之间, SiC薄膜的折射率和消光系数均随着激光能量的增加而增大, 折射率大约从2.15上升到2.33, 激光能量从400 mJ增加到600 mJ, 且当激光能量为400、500 mJ时, 消光系数均在10-3量级以内, 光学吸收很小。研究表明, SiC薄膜在红外2.5~7.7 μm波段是一种优异的光学薄膜材料。

激光沉积的类金刚石膜是红外窗口增透保护膜的极佳选择。采用波长248 nm 的纳秒脉冲激光沉积硅基底类金刚石膜，研究了不同脉冲能量对膜层光学性能、机械硬度及内应力等工程应用参数的影响。实验发现，随着准分子激光脉冲能量的提高，类金刚石膜样品的红外透射率和表面硬度逐步提高，表明高能量有利于沉积光学级类金刚石保护膜；但同时，膜层的内应力也随着激光脉冲能量的提高而增大，不利于膜层在基底上的附着，需要采用其他技术和工艺消除内应力过大的问题。分析结果为纳秒脉冲激光沉积类金刚石膜的研究提供了实践基础。

由于激光烧蚀靶材产生的等离子体呈高斯分布,其中所包含粒子密度及性能的空间分布极不均匀,因此脉冲激光沉积法难以制备性能与膜厚均匀的大面积薄膜.提出并构建了衬底自转与一维变速平移机构,衬底匀速自转的同时,进行一维平移,越靠近等离子体中心平移速率越大、反之越小,达到均匀镀膜的目的;在此基础上建立了机构运动参数对膜厚影响的数学模型,通过仿真模拟分析关键参数对膜厚分布的影响;通过运动参数优化指导实验,最终获得了直径为200 mm、不均匀性不超过±4%的大面积类金刚石膜,与仿真优化结果吻合.

采用KrF准分子激光器, 在Si, Ge光学衬底上制备了碳化硼薄膜, 研究了不同激光能量、靶材与衬底距离、衬底负偏压等条件对薄膜性能的影响。利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和纳米压痕仪, 并依据光学薄膜测试的通用标准, 对样品的光学透过率、纳米硬度及膜层与衬底的结合性能进行了测试。结果表明: Si, Ge衬底单面镀碳化硼薄膜后最高透过率提高10%以上, 纳米硬度提高到未镀膜的3倍以上, 且膜层与衬底有较好的结合性能, 表明制备的碳化硼薄膜可对光学材料起到较好的增透保护作用。

基于角锥互注入锁相相干合成方案,利用光纤Bragg光栅(R=85% @1 064 nm)作为两路光纤激光器的共用腔镜,实现了两路光纤激光器相关联,进一步提高了激光的互注入能量。采用外腔结构,较容易实现了两路光纤激光器的能量互注入锁相。在实验上观察到了远场清晰稳定的干涉条纹(可见度超过0.8),获得了功率合成效率约为80%的线偏振相干激光输出。

针对温度变化对于DPSSL激光器工作波长及稳定性的影响问题，提出了一种基于TEC和专用控制芯片LTC1923的温控方案，设计了温控电路及其保护电路，实现了DPSSL工作温度的精确控制。首先分析了DPSSL温控指标需求和TEC热电制冷原理，阐述了温控系统组成及原理；然后详细介绍了温控电路及其保护电路的设计，讨论了防电磁干扰措施及注意事项；最后针对某型DPSSL激光器负载，测试了温控系统的稳态误差、超调量等指标；实验数据显示，该温控系统稳态误差小，控制精度达±0.01℃，能保证DPSSL高稳定性工作。