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实验室；吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
为了提升激光等离子体极紫外光刻机光源中高重复频率、短脉冲CO2主振荡功率放大系统能量提取效率，需开展种子光光强截面分布与激光放大器增益分布的耦合匹配特性研究。基于欧拉-拉格朗日公式与Frantz-Nodvik方程，采用变分法求解了特定增益分布下最优种子光光强分布函数，研究了种子光半径、种子光光强分布与放大器增益分布对功率提取效率的影响。数值模拟表明：当脉冲种子光功率为500 W时，基模高斯光束的最优光束半径为0.54 cm，低功率种子光的最优光束半径与放大器增益宽度不相等；当脉冲种子光功率为2000 W时，高阶超高斯光束的最优光束半径接近增益区域半径，8阶超高斯光束对应的最佳光束半径为0.9 cm，功率提取值为3409 W，采用高阶的增益分布和与之匹配的超高斯光束能够极大提升放大器的能量提取值。该研究结果将为脉冲CO2主振荡功率放大系统的设计提供理论指导。
极紫外光源 CO2激光 脉冲放大 增益-光强匹配 变分法 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2314008
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 激光与物质相互作用国家重点实验室，吉林 长春 130033
3 中国空间技术研究院 钱学森空间技术实验室，北京 100094
针对高轨抵近威胁在轨自主感知问题，总结归纳了地球同步轨道空间态势感知计划的发展历程、平台情况、轨道特性、任务操控、总体指标；分析了GSSAP (Geosynchronous Space Situational Awareness Program)卫星的抵近观测成像模式，提炼出绕飞成像、掠飞成像在轨运行模式，深入研究了近年来GSSAP卫星两行轨道数据，结合我国高轨卫星的轨道信息，挖掘出GSSAP对我国高轨卫星的数十次潜在的抵近侦察活动；基于实测数据分析了GSSAP-4抵近实践-20卫星的整个过程，计算出二者的相对距离、太阳相位角等信息，在距离为10~133 km、太阳相位角为44.67°~134.37°的条件下，对GSSAP的光电载荷进行了成像效果仿真。结果表明：GSSAP对我国GEO (Geosynchronous Orbit)卫星执行了多次抵近监视，在口径为500 mm，F数为10，像元间距为6.5 μm，像素规模为1024×1024，积分时间为20 ms时，GSSAP在顺光观测条件下，可以对目标进行高分辨率的精细化成像，能够看清目标的细节信息，对我国GEO高价值资产带来严重威胁。
高轨态势感知 GSSAP卫星 抵近观测 绕飞成像 掠飞成像 太阳相位角 geosynchronous situational awareness GSSAP satellite close-in observation fly-around imaging fly-by imaging solar phase angle 红外与激光工程
2023, 52(4): 20220759
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 光电对抗测试评估技术重点实验室，河南 洛阳 471003
随着高能激光系统的发展，对光学薄膜抵抗激光损伤能力的要求越来越高，而激光脉宽是脉冲激光对薄膜损伤行为的重要影响因素。针对Ta2O5/SiO2多层膜，基于1-on-1测试方法，分析其在飞秒、皮秒、纳秒激光作用下的损伤特性。测得800 nm飞秒激光作用下的损伤阈值为1.67 J/cm2； 532 nm和1 064 nm皮秒激光作用下的损伤阈值分别为1.08 J/cm2和1.98 J/cm2； 532 nm和1 064 nm纳秒激光作用下的损伤阈值分别为9.39 J/cm2和21.57 J/cm2，并使用金相显微镜观察了滤光膜的损伤形貌。实验结果表明：飞秒激光对滤光膜的损伤机理主要是多光子电离效应，而皮秒和纳秒激光对滤光膜的损伤机制主要是热效应。滤光膜在飞秒激光作用下的损伤阈值与皮秒激光作用下的损伤阈值相当，纳秒激光作用下的损伤阈值要高一个数量级，透射通带外损伤阈值约为通带内损伤阈值的2倍。
损伤效应 脉冲激光 光学薄膜 损伤阈值 脉宽效应 damage effect pulsed laser optical thin films damage threshold effect of pulse width 红外与激光工程
2023, 52(3): 20220482
1 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
2 北京市遥感信息研究所, 北京 100192
3 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, 长春 130033
为了测量飞秒激光对多光谱滤波片的损伤阈值, 采用钛∶蓝宝石飞秒脉冲激光(800nm、50fs)对多光谱滤光片的前膜进行了激光损伤阈值的实验研究, 并使用显微镜观测了滤光片前膜的损伤形貌。结果表明, 薄膜在不同脉冲辐照次数(1, 2, 5和10)下, 前膜损伤阈值分别为1.68J/cm2,1.56J/cm2,1.44J/cm2和1.42J/cm2, 随着脉冲辐照次数的增加, 损伤阈值降低, 激光脉冲的重复辐射会对薄膜形成累积效应; 由于飞秒激光的宽度极短, 薄膜导带电子由多光子电离产生, 并迅速吸收激光能量, 当其能量大于材料的带隙能时, 会与价带电子发生碰撞产生另一个电子, 进而形成大量的自由电子, 对薄膜造成损伤; 在1-on-1和2-on-1测试方法下, 随着飞秒激光能量密度的增加, 前膜损伤区域的轮廓越来越清晰、规整, 并逐渐出现清晰的分层现象, 这归因于前膜干涉场的分布不同。该研究对多光谱滤波光膜在飞秒激光作用下的损伤效果提供了参考。
薄膜 激光损伤 飞秒激光 损伤阈值 累积效应 干涉场 thin films laser damage femtosecond laser damage threshold cumulative effect interference field
Author Affiliations
Abstract
1 Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 State Key Laboratory of Laser Interaction with Matter, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
Polarization aberration caused by material birefringence can be partially compensated by lens clocking. In this Letter, we propose a fast and efficient clocking optimization method. First, the material birefringence distribution is fitted by the orientation Zernike polynomials. On this basis, the birefringence sensitivity matrix of each lens element can be calculated. Then we derive the rotation matrix of the orientation Zernike polynomials and establish a mathematical model for clocking optimization. Finally, an optimization example is given to illustrate the efficiency of the new method. The result shows that the maximum RMS of retardation is reduced by 64% using only 48.99 s.
birefringence polarization aberration projection lens Chinese Optics Letters
2020, 18(6): 062201
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
提出一种基于轮廓曲率去噪和仿射不变矩的目标识别方法, 适用于激光主动成像这样的高噪声复杂应用场合。通过计算每个像素及其邻域的轮廓曲率, 判断像素携带的信息量大小, 据此对像素点进行分类。对分属不同类别的像素点, 使用不同滤波参数的 Lee滤波器进行滤波。对滤波后的图像再次提取出轮廓, 计算轮廓的仿射不变矩, 训练分类器进行目标识别。实验结果表明, 本文算法在噪声环境下对目标的仿射变换具有较高的识别率, 并且满足激光主动成像识别系统对于实时性的要求。
目标识别 激光主动成像 轮廓曲率 仿射不变矩 target recognition laser active imaging contour curvature affine invariant moment 太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(2): 305
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
为了获得Risley棱镜系统光束指向控制精度指标设计及性能提升的依据，对系统光束指向控制精度随轴系角度测量精度的非线性变化规律进行了研究。首先，以一级近轴近似矢量合成模型为基础，采用正解方法根据双棱镜方位推导了出射光束指向的解析表达式; 然后，结合单自由度轴系伺服控制经验，通过泰勒级数展开的方式推导出了光束指向控制精度与轴系角度测量精度之间的非线性解析表达式，并由此获得了界定限判据; 最后，分别对小偏向角系统和大偏向角系统进行了仿真分析，获得了光束指向控制精度在全视场区域内的变化情况。结果表明，本文研究所得的非线性解析式描述了影响系统光束指向控制精度诸多因素之间的相互关系,能够为Risley棱镜光束指向系统的设计及整体性能的优化提供依据。
光束指向 Risley棱镜 控制精度 正解 界定限 beam steering Risley prism control precision forward solution dividing line
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
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。
非线性光学 光传输仿真 光线追迹 强激光系统 光束质量 混合建模
浙江大学光电信息工程学系, 浙江 杭州 310027
在光学系统偏振传输理论的基础上，对一高数值孔径（NA）的透射式光刻系统进行了偏振分析，分析中考虑了系统的实际特性现有工艺水平可制备的增透膜、薄膜和基底材料的吸收作用以及偏振照明，以增加分析结果的可靠性。通过计算系统各光学界面的透射率、反射率、吸收率及二次衰减值等偏振参数，得到镀膜、吸收作用以及不同偏振照明对系统传输性能和成像性能的影响。结果表明镀膜能有效提高该光刻系统的性能及稳定性，并可以将不同偏振照明对该系统性能的影响减小至可忽略的水平；同时，显著的基底吸收作用是该系统能量损失的主因，但吸收引入的偏振作用相对总体而言较小。
光学设计 投影光刻 偏振分析 高数值孔径 实际系统 增透膜 光学学报
2013, 33(11): 1122002
