采用反应电子束蒸发技术在不同氧分压下制备了HfO2薄膜,并采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、椭圆偏振仪、X射线光电子能谱仪、1064 nm弱吸收测试仪、1064 nm激光1-on-1损伤测试系统等,对HfO2薄膜的结构、光学性能、化学组分、吸收性能、抗激光损伤特性和损伤形貌等进行了表征和分析。当沉积温度为200 ℃时,所制备的HfO2薄膜为单斜多晶结构,晶粒尺寸约为10 nm。随着氧分压升高,薄膜的氧化程度随之增大,由化学计量比缺陷主导的薄膜1064 nm弱吸收系数变小,同时薄膜结构变得疏松,折射率随之降低。深入研究后发现,在采用反应电子束蒸发技术制备HfO2薄膜时,提高氧分压有助于抑制膜内纳米吸收缺陷和基底亚表面裂纹,提高HfO2薄膜抗1064 nm激光损伤阈值,对制备出基于HfO2薄膜的高性能光学元器件具有重要的参考价值。

讨论了国内外提高抗激光损伤性能的技术方法,指出不同方法的优势。主要从微观组织、材料体系、涂层制备方法、损伤阈值、反射率和吸收率等几个角度展开论述。综述了不同材料制备的涂层提高抗激光损伤性能的研究进展,从微观组织、组织颗粒、新研究方法方面展望未来的研究方向:研究颗粒直径对抗激光损伤性能的影响,并将MATLAB、ANSYS等软件应用到提高抗激光损伤性能研究领域。

为了解决高能激光总能量测量中所面临的抗激光损伤能力问题, 设计了一种新型旋转式全吸收激光能量计, 具有测量不确定度低、系统结构简单、环境适应性强等诸多优点, 尤其在长时间出光的强激光能量测量中具有独特优势。光线追迹软件数值模拟结果表明激光辐照过程中能量逃逸率小于0.3%。利用有限元软件, 模拟计算了连续激光辐照下能量吸收体的温度场分布和最高温升情况, 给出了热吸收体最高温升与旋转速度的关系, 分析了测温探测器安装深度对温度传感器测温曲线的影响。该旋转式能量计完全可以满足数十兆焦耳激光能量测量要求, 也为更高能量的激光参数测试提供了一种全新的技术手段。