耐高温陶瓷作为高熔点材料，具有优异的高温抗烧蚀性能，有可能满足未来抗激光防护的需求。为摸清ZrB2陶瓷涂层抗激光防护性能，采用高功率固体激光器作为测试光源，搭建了激光烧蚀实验平台和激光耦合特性测量系统，重点对ZrB2陶瓷涂层开展了激光烧蚀实验和涂层反射率测试。实验研究了不同激光参数条件下ZrB2涂层抗激光烧蚀性能，以及掺杂相（SiC、MoSi2）的影响。结果表明，相比于未掺杂ZrB2涂层，掺杂后ZrB2涂层抗激光烧蚀能力明显下降。分析认为掺杂相可提高ZrB2涂层抗氧化性能，但不利于发挥氧化生成物ZrO2的高反射和隔热作用，致使抗激光损伤阈值降低。激光损伤前后涂层反射率的测试结果，也证实了ZrO2的高反射率是增强ZrB2涂层抗激光损伤阈值的关键。同时，利用有限元软件建立了连续激光烧蚀下ZrB2陶瓷涂层温度计算模型，并以基底发生熔化为判据，仿真得到了陶瓷涂层典型的抗激光烧蚀阈值参数。
陶瓷涂层 硼化锆 掺杂相 激光烧蚀 反射率 温度 ceramic coating ZrB2 doped phase laser ablation reflectance temperature
西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室，陕西 西安 710024
为研究复合材料的热解问题，设计了氮气流保护条件下的低功率密度辐照实验，获得了不同辐照时间和不同功率密度下碳纤维环氧树脂复合材料层合板的热解规律。实验结果表明：试样质量损失随辐照时间持续呈单调增大趋势，但热烧蚀率却逐渐减小并有稳定趋势；试样质量损失与功率密度呈线性关系；激光功率密度的增加可提高热烧蚀率，但随功率密度的增加，试样热烧蚀率增幅减小并有饱和趋势。
激光辐照 复合材料 氮气流 热解 laser irradiation composite nitrogen flow pyrolysis 红外与激光工程
2016, 45(3): 0306001
西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
烧蚀热可用于材料抗激光加固性能表征和材料的激光加工效率描述。实验研究了亚音速表面切向空气气流速度和激光功率密度对玻璃纤维/树脂复合材料烧蚀热的影响规律，结果表明，相同气流速度下，烧蚀热在100~500 W/cm2 激光功率密度范围内先迅速降低然后趋于稳定，转折点约位于200 W/cm2；相同激光作用下，功率密度较低时，烧蚀热随着气流速度提升而变大，功率密度高于一定值(约200 W/cm2)后，烧蚀热随气流速度提升而降低。分析认为材料内部扩散、热解气体燃烧、残碳氧化放热、辐射能量损失、气流剥蚀等多个因素的竞争是激光能量利用效率变化的原因。
激光光学 激光辐照效应 烧蚀热 玻璃纤维复合材料 切向气流速度 激光功率密度
针对高能氟化氘激光器中窗口镜热效应明显，严重影响激光器性能的问题，利用有限元COMSOL Multiphysics软件对激光器窗口镜的热效应进行仿真分析，重点讨论了激光光强分布、窗口镜旋转、大气压差及后表面吹气对窗口镜温度和应力分布的一般规律。研究表明：光强均匀分布使窗口镜能承受更高的激光功率密度；窗口镜在一定速度下旋转时，最高温度有所降低，且温度分布明显被均匀化；大气压差的存在，使得后表面应力变大，前表面变小；后表面吹起气流越大，后表面的温度和应力越小，冷却效果越好，但对激光器输出光束质量影响越大，因此需综合考虑吹气速度和气体温度。
激光器 氟化氘激光器 窗口镜 环形光束 热效应 光学学报
2014, 34(s1): s114013
将自由空间光耦合进单模光纤产生超连续谱的实验中,空间光与单模光纤的耦合效率是其中的一个关键问题。常采用的单透镜或显微物镜进行耦合存在耦合效率低、调整难度大、端面易损伤等问题。提出了先将自由空间的光耦合进纤芯尺寸较大的单模光纤,然后将纤芯较大的单模光纤和纤芯较小的单模光纤进行熔接。实验结果表明,改进的耦合系统耦合效率大大提高,达到60％以上,且调整难度降低,光纤端面的损伤概率降低,大大提高了超连续谱产生的效率。
光纤 空间光 耦合效率 单透镜 fiber space optical coupling efficiency single lens 强激光与粒子束
2014, 26(3): 031006
西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 西安 710024
对高功率半导体泵浦固体激光器(DPL)系统的可靠性进行了分析, 根据GO法的原理构建了DPL系统的GO图; 利用GO法计算公式, 得到了系统故障率和平均无故障工作时间等重要可靠性指标。结果符合实验室经验值。最后分析了各部件的故障率的重要度, 讨论了改善高功率DPL系统可靠性的措施, 对系统的使用和维修等工作具有参考意义。
GO法 半导体泵浦固体激光器 可靠性 故障率 维修率 GO methodology diode-pumped solid-state laser reliability failure rate repair rate 强激光与粒子束
2014, 26(2): 021005
基于有限元Comsol Multiphysics软件，模拟计算了长时间出光条件下反射镜的温度分布和热变形分布。对热变形引起的波像差采用前65阶Zernike模式分解，计算了不同时刻对应的光束质量因子，结果表明：光束质量因子主要来源于离焦像差的贡献，其他像差的影响可以忽略。在此基础上建立了光束质量因子与辐照时间的指数拟合关系，其均方根误差为0.0052。
光学器件 反射镜 热变形 Zernike像差 光束质量 激光与光电子学进展
2013, 50(12): 122302
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
基于热力解耦的热弹性模型，采用常用假设，通过方程分析法，导出了激光辐照下高反射镜热变形问题的尺度律。同时,还发现了对同一模型，当其他条件不变时，变形、温升、应力与激光功率密度之间具有线性关系。数值结果证明了该问题尺度律的成立及线性关系的正确性。该结论是利用缩比模型研究大尺寸反射镜在激光辐照下的热变形问题的依据，且为解决缩比模型设计、辐照条件设计和模型实验数据反推到原型等相关问题提供了参考准则。
高反射镜 热变形 尺度律 激光辐照 high reflecting mirror thermal deformation scaling law laser irradiation
国防科学技术大学 光电科学与工程学院,长沙 410073
为了解决渐变折射率反射膜表面电场不为0，容易造成表面损伤的问题，提出了反射相移补偿方法，即不引入另外界面，在渐变折射率反射膜表面增加一层适当厚度的均匀膜，来降低渐变折射率反射膜的表面电场。结果表明，该方法确实降低了渐变折射率反射膜的表面电场；缺点是导致了渐变折射率反射膜中心波长的略微漂移，但该漂移相比于反射带宽而言可以忽略。该研究对制备高损伤阈值的渐变折射率反射膜具有参考价值。
薄膜 渐变折射率 电场分布 反射相移 thin film graded-index electric field distribution reflection-induced retardance
国防科学技术大学光电科学与工程学院， 湖南 长沙 410073
针对斜入射激光辐照光学薄膜的情况，将激光的电矢量正交分解为s偏振和p偏振，并从麦克斯韦方程组出发，求得激光在膜层中传输的电磁场分布，进而对薄膜的光学特性进行了数值分析。以高反膜为例，结果表明：随着入射角的增大，s偏振光的反射率、透射率和吸收率有微小的浮动；而p偏振光的反射率、透射率和吸收率有明显的变化，其反射率逐渐减小，透射率和吸收率逐渐增大；在高反膜中心波长附近，s偏振光和p偏振光均有一高反宽带，与s偏振光相比，p偏振光的宽带明显变窄，且p偏振光的吸收率相对较高。
薄膜 斜入射 s偏振 p偏振 光学学报
2011, 31(s1): s100114
