采用溶胶凝胶方法在K9玻璃基片上镀制了SiO₂增透膜,并对其中一些样品进行了氨处理。分别采用原子力显微镜、红外光谱仪、椭偏仪、透射式光热透镜测试了氨处理前后薄膜的微观表面形貌、化学结构、折射率和弱吸收。实验结果表明:经氨处理后薄膜的孔隙率从0.73降低到0.63,其弱吸收从67.88×10^-6增加到74.58×10^-6,薄膜的激光损伤阈值从处理前的18.0J/cm²降低到16.9J/cm²。考虑到氨处理能提高SiO₂增透膜的机械性能,实际应用中应根据需要折中处理。

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.

用溶胶-凝胶技术,采用提拉镀膜法在K9玻璃基片上镀制了ZrO2/SiO2双层膜和SiO2/ZrO2双层膜,研究了这两种膜层之间的渗透问题。用X射线光电子能谱仪(XPS)测量了薄膜的成分随深度方向的变化,用反射式椭偏仪对X射线光电子能谱仪测得的实验结果进行模拟与验证。结果表明,用X射线光电子能谱仪测得的实验结果建立的椭偏模型,模拟出来的椭偏曲线和用椭偏仪测量出来的椭偏曲线十分吻合; 对于ZrO2/SiO2双层薄膜,膜层间的渗透情况不是很严重,在薄膜界面处薄膜的成分比变化非常明显,到达一定深度后薄膜的成分不再随深度的变化而变化; SiO2/ZrO2双层膜膜层界面间的渗透十分严重,渗透层的深度比较大,底层几乎发生了完全渗透。

分别采用电子束热蒸发技术和溶胶-凝胶技术在K9基片上镀制了光学厚度相近的ZrO2单层薄膜,测试了两类薄膜的激光损伤阈值.分别采用透射式光热透镜技术、椭偏仪、原子力显微镜和光学显微镜研究了两类薄膜的热吸收、孔隙率、微观表面形貌、激光辐照前薄膜的杂质和缺陷状况以及激光辐照后薄膜的损伤形貌.实验结果表明:两类薄膜的不同损伤形貌与薄膜的热吸收与微观结构有关, 物理法制备的ZrO2膜结构致密紧凑,膜层的杂质和缺陷多;化学法制备的ZrO2膜结构疏松多孔,膜层纯净杂质少,激光损伤阈值达26.9 J/cm2;因物理法制备的ZrO2膜拥有更大的热吸收(115.10×10-6)和更小的孔隙率(0.20),其激光损伤阈值较小(18.8 J/cm2),损伤主要为溅射和应力破坏,而化学法制备的ZrO2膜的损伤主要为剥层.理论上对实验结果进行了解释.

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.

研究了LiNbO₃∶Cr∶Cu晶体的吸收特性，发现LiNbO₃∶Cr∶Cu(含0．14wt．%Cr₂O₃和0．011wt．%CuO)晶体存在两个明显的吸收峰，中心波长分别位于480nm和660nm；随着Cr的含量逐渐减小，Cu的含量逐渐增大，短波段不存在明显吸收峰，掺Cr的含量越大，中心波长在660nm处的吸收越大；633nm红光虽然位于中心波长为660nm的吸收峰内，但它无助于光折变过程．分别采用390nm紫外光和488nm蓝光作为敏化光，514nm绿光作为记录光的记录方案，实现了非挥发全息记录，掺入适量的Cr(比如N_Cr=2．795×10²⁵m^－3，N_Cr／N_Cu=1)有助于全息记录性能的提高．