1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
随着光电对抗和超短脉冲激光技术的发展，研究超短脉冲激光与单晶硅相互作用具有非常重要的理论和实际意义。为了进一步明确532 nm皮秒脉冲激光对单晶硅的损伤机理，本文开展了532 nm皮秒脉冲激光辐照单晶硅的损伤效应实验研究，测定了损伤阈值，明确了损伤机理，探讨了低通量下的脉冲累积效应。首先，利用波长为532 nm、脉冲宽度为30 ps的激光器和金相显微镜，基于1-on-1的激光损伤测试方法，测定了单晶硅的零损伤概率阈值为0.52 J/cm2；其次，研究了皮秒激光辐照单晶硅在不同激光能量密度下的损伤形貌，发现532 nm皮秒脉冲激光对单晶硅的损伤表现为热影响损伤和等离子体冲击损伤，随着激光能量密度的增大，按主要的损伤机制可将损伤程度分为：热影响（0.52~3 J/cm2）、热烧蚀（3~50 J/cm2)和等离子烧蚀（>50 J/cm2），且不同情况下，损伤面积随激光能量密度分别对应不同的增长规律；最后，研究了低通量下多脉冲的累积效应，发现在0.52 J/cm2的激光能量密度下，连续辐照16个脉冲时表面形成热影响区，验证了多脉冲的累积效应可以降低单晶硅的激光损伤阈值。
皮秒脉冲激光 单晶硅 损伤阈值 累积效应 损伤特性 picosecond pulse laser monocrystalline silicon damage threshold cumulative effect damage characteristics
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了明确超快激光损伤典型成像探测器膜层结构的物理机制, 对飞秒脉冲激光辐照硅基多层膜的损伤特性, 以及各种损伤效应对应的激光能量通量范围和阈值条件进行研究。利用波长为800 nm、脉冲宽度为100 fs的脉冲激光和金相显微镜研究了硅基多层膜在不同激光能量通量和不同脉冲累积下的损伤效应。在能量通量为101~247 J/cm2的激光单脉冲辐照下, 激光作用区域可观察到氧化/无定形化、非热烧蚀和激光诱导等离子体烧蚀所引起的表面损伤, 其损伤效应与激光能量通量有明显联系, 激光作用区域尺寸随能量通量线性增大。在242 J/cm2到247 J/cm2激光能量通量范围内, 可在辐照表面观察到激光诱导压力导致的多层损伤, 损伤概率随激光能量通量的增加由1%增大到51%。在激光能量通量为101 J/cm2的连续多脉冲辐照下, 烧蚀区域尺寸几乎不变, 但烧蚀深度逐渐增加, 其多层损伤机制为表面损伤的累积效应。通过单脉冲损伤实验数据拟合计算确定, 飞秒激光诱导硅基多层膜表面损伤阈值为0543 J/cm2, 应力多层损伤阈值为216 J/cm2。低激光能量通量(≤101 J/cm2)多脉冲辐照累积作用同样可造成硅基多层膜深层损伤。
激光烧蚀 激光损伤 硅基多层膜 损伤阈值 laser ablation laser damage Si-based multi-layer film damage threshold
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
为了研究激光脉冲串对光电系统的损伤和致盲机理, 开展了重频纳秒激光对黑白行间转移相机电荷耦合器件的损伤实验研究。实验结果表明: 存在两种积累损伤效应机理, 多个脉冲到达CCD靶面同一位置的损伤或致盲具有积累效应, 多个脉冲积累损伤能够显著降低线损伤和全靶面损伤阈值, 降低程度与脉冲个数、激光到靶能量密度有关。致盲机理与单脉冲致盲机理相同, 均表现为器件垂直转移电路间及地间的短路; 而激光脉冲串到达CCD靶面的不同位置也能够实现器件的功能性失效, 其机制与单脉冲损伤显著不同, 仅表现为线损伤的叠加, 并未造成器件电路紊乱, 功能性损伤阈值即对应线损伤阈值660 mJ/cm2, 而小于单次致盲阈值1 500 ~2 200 mJ/cm2。
脉冲激光 损伤机理 电荷耦合器件 功能性失效 pulsed laser damage mechanism charged coupled device function failure 红外与激光工程
2017, 46(10): 1003002
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 第二炮兵装备研究院，北京 100085
在大功率激光远距离定向传输中，远场发散角是衡量其性能的一个重要参量。大功率TEA CO2激光具有功率高、光束直径大等特点，常规手段无法准确测量其远场发散角。为解决该难题，提出了一种利用激光光斑尺寸拟合分析法来评估大功率TEA CO2激光的远场发散角。首先，从理论上推导大Fresnel数多模高斯激光束远场发散角，分析了影响激光束发散角的主要因素；然后，采用光斑烧蚀法试验测量近场(≤20 m)光斑数据，基于光束质量(M2)因子理论拟合得出了激光光束质量和束腰大小，从而推导出激光束远场发散角；最后，对比分析了以上两种方法的计算结果，讨论了结果存在偏差的原因。结果表明，近场光斑数据拟合法可准确、便捷地测量大功率TEA CO2激光束远场发散角。
大功率TEA CO2激光 远场发散角 激光光斑 光束质量 high power TEA CO2 laser far field divergence laser spot beam quality
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室， 吉林 长春 130033
2 第二炮兵装备研究院，北京 100085
为满足13.5 nm极紫外光刻(EUVL)等领域的应用需求，研制了高重复频率、高稳定性的声光调Q CO2激光器。首先，对声光Q开关的工作原理进行了分析，并实验研究了调制信号电压与衍射效率的关系。接着，研究了调制信号占空比对脉冲波形的影响，通过选择适当的占空比消去了脉冲拖尾。然后，对不同重复频率下的脉冲宽度、功率和脉冲幅值稳定性进行了测量和分析。最后，对激光器的光束指向稳定性进行了测量。实验结果表明：该激光器实现了重复频率1~100 kHz连续可调的脉冲输出，在重复频率1 kHz时，获得最小脉冲宽度252 ns和最大峰值功率7 579 W的激光脉冲输出。通过设计以殷钢管为主体的支撑架，使得激光器的脉冲幅值不稳定性小于3%，光束指向稳定性为46.6 μrad。该声光调Q CO2激光器可作为高性能种子源在EUVL等领域中得到应用。
CO2激光器 声光调Q 重复频率 稳定性 CO2 laser acousto-optic Q-switch repetition rate stablity
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室，吉林长春 130033
2 中国科学院大学，北京100049
以光纤耦合半导体激光器作为泵浦源，5 mm长的铯蒸气池作为激光增益介质,开展了端面泵浦铯蒸气激光器的模式匹配实验研究。分析了泵浦光聚焦光斑半径和聚焦位置对铯激光输出性能的影响。以激光器的工作斜效率和光光效率为指标对各模式匹配参数进行了优化，同时对激光器的阈值泵浦功率进行了研究。结果表明: 在一定的激光振荡模束腰下，存在最佳的泵浦光聚焦光斑半径使斜效率最大。此外，聚焦位置在蒸气池中央时有利于提高斜效率和光光效率。对阈值泵浦功率的研究显示，阈值泵浦功率随泵浦光聚焦光斑半径的减小而减小，而且当泵浦光聚焦于蒸气池前端时有利于降低阈值泵浦功率。基于以上研究，获得了一组最佳模式匹配参数，即泵浦光聚焦光斑半径为333 μm, 激光振荡模束腰为167 μm，泵浦光聚焦位置位于蒸气池中央。
半导体泵浦碱金属蒸气激光器 铯蒸气 端面泵浦 模式匹配 Diode-pumped Alkali Vapor Laser(DPAL) cesium vapor end-pumped mode-matching 光学 精密工程
2015, 23(10): 2755
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 吉林 长春130033
利用飞秒激光烧蚀方法合成了Y2O3∶Pr3+,Yb3+纳米颗粒并对其上转换发光性质进行了研究。对合成产物的形貌分析显示, 在一定的激光烧蚀功率密度下, 即可制备出小尺寸的纳米颗粒, 提高激光功率密度可以得到更高的纳米颗粒产量, 所获得的纳米颗粒尺寸小于50 nm。荧光测试结果表明, Y2O3∶Pr3+,Yb3+纳米颗粒具有510 nm为中心的上转换发光带, 上转换发光随纳米颗粒数量的增加而增强。
激光烧蚀 上转换发光 稀土氧化物 laser ablation up-conversion rare earth oxide
1 吉林大学原子与分子物理研究所,长春,130012
2 吉林大学理论化学研究所,长春,130012
本文研究了一维模型分子离子(初态为基态和一个激发束缚态叠加的相干态)在超强超短激光脉冲作用下的谐波发射谱.我们发现在高次谐波谱平台区域出现了周期性的结构变化.我们利用小波变换对谐波谱进行了暂态时间频率分析,结果表明该谐波结构产生的原因是由电离电子返回母离子时与不同束缚态复合而产生的谐波光脉冲之间相干叠加.同时采用半经典计算,对所得到的计算结果进行了分析,验证了我们的结论.
高次谐波 小波变换 原子与分子物理学报
2006, 23(3): 387
