提出一种磁流变抛光瞬变过程多相颗粒流模型,获得了瞬变过程在宏观、介观、微观三个层次的力学关联,从而建立了基于三向在位力学信号的瞬变过程表征方法,在位、同步、动态地测定了磁流变抛光的三向力学信号,解决了毫米尺度空间下磁流变抛光液-固界面的在位测量问题。采用屈服强度为220 kPa、宾汉黏度为0.07 Pa·s的高去除率抛光液对?50 mm的BK7超精密平面元件进行磁流变抛光实验,测量得到磁流变抛光流场瞬变响应时间为700 ms。

针对强激光系统中常用的1 053 nm激光器进行了偏振光栅结构的优化设计。利用严格耦合波理论分析了光栅偏振器的衍射特性及消光比, 分析显示偏振光栅周期为600 nm, 占宽比为0.535~0.55, 槽形深度为1 395 nm~1 420 nm时, 可保证其在1 053 nm波长下, 透射率高于95%, 消光比大于1 500。基于分析结果, 利用全息光刻技术制作了高质量光刻胶光栅掩模, 并采用倾斜转动的离子束刻蚀结合反应离子束刻蚀的方法对该光刻胶光栅掩模进行图形转移, 制作了底部占宽比为0.54, 槽形深度为1 400 nm的光栅偏振器。实验测量显示其透射率为92.9%, 消光比达到160。与其他制作光栅偏振器方法相比, 采用单光刻胶光栅掩模结合倾斜转动的离子束刻蚀工艺, 不但简化了制作工艺, 而且具有激光损伤阈值高、成本低的优点。由于该技术可制作大面积光栅, 特别利于在强激光系统中应用。

回顾了国内在激光预处理技术研究方面取得的进展。综述了基于激光预处理技术提升基频介质膜、磷酸二氢钾/高掺氘磷酸二氢钾(KDP/DKDP)晶体等光学元件抗激光损伤性能的机理、效果和关键技术。针对高功率激光驱动器中关键光学元件激光负载能力的提高, 建立了大口径光学元件激光预处理平台, 实现了基频介质膜元件的激光预处理工程化作业。比较了纳秒和亚纳秒脉冲宽度激光对DKDP晶体损伤性能的影响。基于亚纳秒激光预处理后, 纳秒激光辐照至14.4 J/cm2(5 ns)尚未出现"本征"损伤的实验结果, 提出了用于DKDP晶体的亚纳秒激光预处理方案, 并指出亚纳秒激光预处理技术将成为高功率激光三倍频晶体抗激光损伤性能达标的关键技术。

Heat handling has been a significant problem of the high power fiber laser systems as the output power increases rapidly. Cladding power stripper (CPS) which is used to deal with the unwanted optical power and light is required for higher cooling ability. So the methods of stripping the unwanted light attracted much attention recently, and the thermal effect is given. However, few investigations focus on the dissipation of the heat converted from the unwanted light. In this paper,an approach of active cooling for CPS is demonstrated. This is achieved by using microchannel cooling technology in heat sinking in CPS to improve the efficiency of heat exchange. In order to explain the mechanism of CPS the function of it and consistence of categories of the unwanted light are detailed firstly. Then microchannel heat sinking is proposed and verified by the heat exchange theory. At last, the design of the CPS with microchannel heat sinking is shown and following experiment is conducted. The final temperature of the device with 1000 W cladding power was demonstrated at last to verify the ability of heat distribution of the CPS component. This suggests that these CPSs can be used to stripe a thousand of watts of light in high power double cladding fiber lasers.

以目前激光惯性约束聚变中应用最广泛的高折射率材料二氧化铪(HfO2)为研究对象, 在熔石英基底上分别采用TEMAH和HfCl4前驱体制备了HfO2薄膜, 沉积温度分别为100, 200和300 ℃。采用椭偏仪和激光量热计对薄膜的光学性能进行了测量分析, 采用X射线衍射仪(XRD)对薄膜的微结构进行了测量。最后在小口径激光阈值测量平台上按照1-on-1测量模式对薄膜的损伤阈值进行了测试, 并采用扫描电子显微镜(SEM)对损伤形貌进行了分析。研究表明, 用同一种前驱体源时, 随着沉积温度升高, 薄膜折射率增加, 吸收增多, 损伤阈值降低。在相同温度下, 采用有机源制备的薄膜更容易在薄膜内部形成有机残留, 导致薄膜吸收增加, 损伤阈值降低。采用HfCl4作为前驱体源在100℃制备氧化铪薄膜时, 损伤阈值能够达到31.8 J/cm2 (1064 nm, 3 ns)。

为了研究高功率激光系统中划痕型缺陷对光场质量的影响，采用分步傅里叶算法对非线性近轴波动方程进行求解，模拟分析了不同划痕参数(长度、宽度、深度)下，元件内部、光束近场、元件后传输光场以及光束远场的光强分布情况。数值模拟结果表明: 随着划痕长度、宽度或深度的增加，元件内部以及元件后传输光场的峰值强度和对比度均会相应增强;光束近场的光强对比度也会略微增大;对于光束远场的强度分布，与划痕宽度方向所对应的频谱能量会不断增强。该项研究工作可以为划痕检验标准的制定提供一定的定量分析依据。

为了在强激光非线性传输仿真中综合考虑系统像差等因素，提出了一种基于光线追迹的非线性介质光追方法，并编程实现了线性介质与非线性介质的混合建模。以三片式聚焦系统为例，在系统中加入KDP晶体作为非线性介质，仿真分析了不同激光功率密度下KDP晶体的非线性效应对光束质量的影响。仿真结果表明，当激光功率密度达到1.62×1010 W/cm2时，非线性效应会导致光束质量明显下降。在该仿真结果的基础上提出了在不改变焦面位置的情况下，将元件间隔作为补偿器进行系统优化的方法。优化结果表明，焦斑尺寸较优化前减小2.8 μm，规范尺寸下的环围能量提高了16.2%，焦面处的光束质量得到显著改善。

为解决大口径光学元件表面疵病检测设备的精确测量、校准和溯源问题。设计了用于标定表面疵病检测系统的标准板，通过电子束曝光将定标图案转移至掩模板，再采用反应离子束刻蚀的方法制作标准板。通过扫描电镜测量标准板上各标准线的真实线宽尺寸，并以扫描电镜测量结果为参考值标定大口径表面疵病检测系统。利用所设计的标准板标定基于散射成像法的大口径表面疵病检测系统。结果表明，当疵病线宽尺寸大于45 μm时，疵病的散射像满足几何成像原理，当疵病宽度尺寸小于45 μm时，需按标定结果进行计算。