脉冲激光输出模式对介质薄膜损伤的影响
脉宽1ms和10ns的激光损伤光学薄膜元件的比较分析
脉宽1ms和10ns的激光损伤光学薄膜元件的比较分析戴罡;陆建;王斌;刘剑;倪晓武【摘要】为了研究脉宽为毫秒量级的激光对光学薄膜的损伤,根据国际标准IS0-11254和国家标准GB/T-16601建立了光学薄膜损伤阈值测试装置.测量了脉宽1ms和10ns、波长1064nm激光作用下TiO2/SiO2增透膜的损伤阈值,观测了损伤形貌,测量了损伤厚度及损伤半径,分析了毫秒量级激光损伤光学薄膜的损伤机理并与纳秒激光引起的损伤进行比较.脉宽1ms的激光致使光学薄膜损伤的能量密度阈值比脉宽10ns的激光高一个数最级,功率密度阈值低4个数量级,损伤半径大180μm,损伤厚度大200μm.结果表明,脉宽为毫秒量级的激光对光学薄膜的损伤更为剧烈,不但损伤了光学薄膜的膜层,而且对光学薄膜的基底也造成了毁灭性的损伤.该结果可供脉宽为毫秒量级的激光与光学薄膜相互作用的研究参考.%In order to investigate the damage induced by ms laser, the experiment installation was established according to ISO-11254 and GB/T-16601.The 1064nm laser-induced damage thresholds of TiO2/SiO2 coatings at 1ms and 10ns pulse-widths were studied, and the damage photos, damage depth, damage radius and damage mechanisms were also investigated.The damage of the coatings induced by ms laser was compared with that induced by ns laser.The damage threshold of energy density induced by ms laser is one order of magnitude higher than that of 10ns laser, and the damage threshold of power density induced by ms laser is one ten-thousandth of that of 10ns laser.The damage radius induced by ms laser is 180μm longer than that induced by ns laser, and the damage depth is 200μm deeper.It could be concluded that 1res laser induced damage ofoptical coatings is more severe, it not only damage the coating but also destroy the substrate of the coating.The results provide important references for the researches of damage induced laser with pulse duration at millisecond scale.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2011(035)004【总页数】5页(P477-480,542)【关键词】薄膜;长脉冲激光;损伤阈值;损伤机理;基底损伤【作者】戴罡;陆建;王斌;刘剑;倪晓武【作者单位】南京理工大学理学院,南京,210094;南京理工大学理学院,南京,210094;南京理工大学理学院,南京,210094;南京理工大学理学院,南京,210094;南京理工大学理学院,南京,210094【正文语种】中文【中图分类】O484.4+1引言激光引起的光学介质膜的损伤问题已经被持续地研究了很多年[1-3]，其中激光的波长和脉宽是两个影响激光损伤阈值(laser induced damage threshold,LIDT)的重要因素。
重复频率脉冲激光作用下膜内包裹物对损伤阈值的影响
ｉ１ Ｄｆ Ｔ ／ 一 （ ／ ａ Ｐａ ｆａ ） ， ｒ＞ 口 ￡ ０ （／ ） ｆ １ Ｐ） （ Ｔ ／ ｒ ／ ｒ ， ＞
摘 要 ： 利 用 介 质 薄 膜 中 包 裹 物 的热 理 论 模 型 ， 合 Ｓ Ｐ ｐｒｏ 结 ． ａ ｅｎ ｖ等 利 用 电子 束 蒸 发 技 术 在 熔 融 石 英 上
沉 积 含 Ａｕ 裹 物 的 Ｈｆ 膜 实 验 ， 出 Ａｕ的 吸 收 截 面 。 以 包裹 物 Ａｕ为 例 ， 算 了脉 冲激 光 作 用 下 不 同包 包 Ｏ 薄 得 计
维普资讯
第 １ ９卷 第 ７期 ２０ ０ ７年 ７月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ ． ９ Ｎｏ ７ １１ ， ．
Ｊ １ ２０ ｕ．， ０ ７
文 章 编 号 ： ｉ０ —３ ２２ ０ ） ７１４— ４ ０ １４ ２ （０ ７０ —１ ９０
的增加 ， 光损 伤 阈值 并不 是无 限制增 加 ， 激 而是 先增 加后 减 小 ， 一 点 与 实 际情 况更 加 符 合 。最后 对 重 复 频率 这 脉 冲激 光作 用下 薄膜 损伤 阈值 的影 响 作 了分析 。
１ 理 论 模 型
薄 膜在 沉 积过程 中或暴 露于空 气 中渗 入 的杂质 往往 具有较 高 的吸 收系 数 。在激 光 的辐 照下 会引 起包 裹物 温度 的急剧 增加 ， 当包裹 物 温度达 到 临界值 （ 如熔 点 ） ， 膜开 始 损 伤 。为 简化 起 见 ， 虑 均 匀球 形 的包 裹 物 时 薄 考 镶 嵌在无 限均匀 的媒质 中， 激光 辐照 下膜层 和包裹 物 的热 响应 可 由下 列方 程组 进 行描述 在
1064 nm激光入射角度对HfO_(2)薄膜材料损伤特性的影响研究
1064 nm激光入射角度对HfO_(2)薄膜材料损伤特性的影响研究张凯荣;苏俊宏;吴慎将【期刊名称】《真空科学与技术学报》【年(卷),期】2024(44)5【摘要】脉冲激光参数及其与物质作用方式,对薄膜材料的损伤过程与损伤识别至关重要。
以单层HfO_(2)薄膜为对象,研究了改变波长为1064 nm、脉宽为10 ns 的脉冲激光入射角度对薄膜材料损伤特性的影响。
利用COMSOL对激光以不同入射角度作用于薄膜时的温度场变化,以及薄膜表面光斑形状的变化进行了仿真。
以1-on-1测量方式,选择入射角度分别为0°、30°、45°、60°对样品进行测试,获得了各入射角度下的薄膜损伤形貌,用光学显微镜和白光干涉仪对其进行表征,对实验观察结果与仿真结果进行了分析对比后可知:相同激光功率条件下,随着激光入射角度变大,在薄膜表面的光斑图像逐渐变成椭圆光斑,光斑中心最高温度降低,损伤斑的横向和纵向尺寸均变大,横向尺寸变化尤其迅速,薄膜损伤面积变大,损伤最大深度变浅,激光损伤阈值增大,抗激光损伤能力变强。
【总页数】11页(P452-462)【作者】张凯荣;苏俊宏;吴慎将【作者单位】西安工业大学光电工程学院【正文语种】中文【中图分类】O348.11【相关文献】1.单晶硅材料的1064nm Nd:YAG脉冲激光损伤特性研究2.用1064nm激光增强HfO2/SiO2薄膜的抗激光损伤能力的实验研究3.ALD氧化铝单层膜1064nm激光损伤特性研究4.入射角度对远红外与激光兼容伪装光子晶体薄膜特性的影响研究5.40 keV质子辐照对HfO_(2)/SiO_(2)高反射薄膜激光损伤性能影响试验研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
介质薄膜损伤阈值中不同波长的影响研究
介质薄膜损伤阈值中不同波长的影响研究
介质薄膜损伤阈值是指在激光照射下，介质薄膜能够承受的最大光功率密度。
不同波长的激光对介质薄膜的损伤阈值有着不同的影响。
以下是一些可能的影响研究:
1. 光吸收率: 不同波长的激光在介质薄膜上的光吸收率不同。
薄膜对特定波长的光可能有较高的吸收率，从而导致较低的损伤阈值。
因此，研究介质薄膜对不同波长光的吸收率是了解其损伤行为的重要因素。
2. 色散效应: 波长对于薄膜的色散效应也可能产生影响。
特定波长的激光在薄膜中传播时，可能会产生色散效应，导致光的聚焦效果不同。
聚焦效果不佳可能导致较低的损伤阈值。
3. 热效应: 不同波长的激光可能对薄膜产生不同的热效应。
特定波长的激光对薄膜的吸收可能导致较高的温度增加，进而引发损伤。
因此，热效应对于不同波长激光的损伤阈值研究也是非常重要的。
4. 光学参数: 不同波长的激光在介质薄膜中的传播行为受其光学参数的影响。
例如，折射率和反射率等参数可能影响激光在薄膜中的传输效果。
研究这些光学参数与不同波长激光的损伤阈值之间的关系有助于深入了解介质薄膜的损伤行为。
通过研究以上因素，可以更加全面地了解不同波长激光对介质薄膜损伤阈值的影响。
这对于选择合适的激光参数、优化薄膜材料和设计相应的光学器件具有重要的指导意义。
光学薄膜激光损伤及散射检测研究
1.2 激光损伤机理研究历史
早在六十年代初，随着调 Q 激光器的出现，激光诱导光学薄膜的激光损伤就 为人们察觉，七十年代初，随着高功率激光器的出现，科研人员意识到光学薄膜 本身的抗激光损伤能力已成为限制激光器发展的重要因素之一。 1978 年，W. Lee Smith 对光学材料的激光损伤进行了测量和分析，讨论了雪 崩电离和多光子吸收的物理过程[1]。 1981 年 Thomas W. Walker 等人总结了激光脉 冲对光学薄膜的损伤机理[2]。将光学薄膜的激光损伤机理归结为：雪崩电离、多光 子吸收、杂质诱导损伤等。他认为光学薄膜吸收激光能量后表面产生气化，气化 的原子产生初始电离形成初始自由电子，自由电子强烈吸收激光能量形成高能电 子，高能电子再去激发其它原子而产生更多的自由电子，自由电子按雪崩方式增 长，形成等离子体最终对薄膜产生破坏，这就是雪崩电离模型。当激光能量足够 强时，电子可能同时吸收几个光子而电离，这就是多光子模型。由于薄膜中的缺 陷引入了缺陷能级， 使得电子更容易电离， 因此杂质诱导损伤不可忽略， Thomas W. Walker 得到的杂质损伤理论的结果能比较好的解释激光损伤中的物理现象。由于 雪崩电离、多光子吸收、杂质模型都不能完全解释激光损伤的规律，而且不能得 到计算激光损伤阈值的公式， 1998 年 V. N. Strekalov 提出了原子吸收模型[3]， 得 到损伤阈值的估计公式，但是仍然不能完美地解决问题。国内外专家发表了不少 论文，研究了光学材料的体损伤和表面损伤以及薄膜的损伤，分析了损伤阈值同 激光波长、脉冲宽度、材料杂质情况等的关系[4,5,6,7,8]。在实验和理论方面都作了大 量的工作，得到了许多宝贵的实验数据和理论计算结果。到目前为止，对于激光
1
重庆大学硕士学位论文
多层介质膜脉冲压缩光栅激光损伤特性研究进展
多层介质膜脉冲压缩光栅激光损伤特性研究进展邱志方;王敏辉;蒲云体;马平【摘要】According to domestic and worldwide research situations of the multi-layer system,the research progresses of their laser induced damage characteristics are introduced in the present paper.The introduction mainly includes the damage characteristics of multilayer dielectric films,the damage characteristics of surface relief structure and the corresponding influence factors.Among them,the influence of groove structure,fabrication process,laser parameters,pulse number,thermal stress and impurity defect on the laser damage characterizes of the dielectric film grating are discussed in details.Finally,from the aspects of structure design,preparation process and post treatment etc.,the commonly used methods to improve the laser damage threshold of the multilayer dielectric grating were presented.%本文结合国内外研究情况,概括性介绍了用于啁啾脉冲放大系统中的多层介质膜脉冲压缩光栅的激光损伤特性研究进展,包括多层介质膜的损伤、表面浮雕结构的损伤,以及介质膜光栅损伤的影响因素.在关于介质膜光栅激光损伤的影响因素中又分别介绍了槽型结构、制备工艺、激光参数、脉冲数量、热应力和杂质缺陷对其抗激光损伤阈值的影响.最后,从结构设计、制备工艺以及后期处理等方面,介绍了提高多层介质膜光栅抗激光损伤阈值的常用方法.【期刊名称】《材料科学与工程学报》【年(卷),期】2017(035)002【总页数】10页(P329-338)【关键词】多层介质膜脉冲压缩光栅;激光损伤;影响因素;损伤阈值【作者】邱志方;王敏辉;蒲云体;马平【作者单位】武汉理工大学材料科学与工程学院,湖北武汉430070;武汉船用电力推进装置研究所,特种电池事业部,湖北武汉430070;中国工程物理研究院,激光核聚变研究中心,四川绵阳621900;中国工程物理研究院,激光核聚变研究中心,四川绵阳621900【正文语种】中文【中图分类】O484应用于啁啾脉冲放大系统中的脉冲压缩光栅是大能量、高功率激光系统中提高输出功率的重要光学元件。
飞秒和皮秒脉冲激光诱导光学薄膜的损伤的开题报告
飞秒和皮秒脉冲激光诱导光学薄膜的损伤的开题报告一、研究背景与意义光学薄膜是目前最常用的光学元件之一，广泛应用于激光工艺、光学通信、光污染控制等领域。
在实际应用中，光学薄膜受到激光等强光束的辐照时，往往会发生光学损伤现象，导致其光学性能下降，甚至失效。
为了降低光学薄膜的损伤风险和提高其应用性能，需要研究光学薄膜的损伤机理和影响因素。
其中，激光脉冲参数是影响光学薄膜损伤的主要因素之一。
然而，目前对于不同类型激光参数对光学薄膜损伤的作用机制还存在一定争议和不确定性。
因此，本次研究将着重探究飞秒和皮秒脉冲激光对光学薄膜的损伤机制及其差异，为激光工艺和光学器件的设计提供理论支持。
二、研究内容和方法1.研究内容本研究将以饰品或常见的室内物品为研究对象，采用蒸镀多层膜的方法制备不同类型的光学薄膜。
在此基础上，研究以下内容：（1）飞秒和皮秒脉冲激光作用在不同类型光学薄膜上时，产生的损伤形态和损伤临界阈值的差异。
（2）分析飞秒和皮秒脉冲激光对光学薄膜损伤的影响因素及其主要影响机制。
（3）基于损伤机制探究如何提高光学薄膜的防护性能。
2.研究方法（1）利用飞秒激光和皮秒激光作用在光学薄膜表面，观察其在不同能量密度下的损伤形态和损伤临界阈值的差异。
（2）通过变换激光脉冲参数如波长、重复频率、脉冲宽度等，探究其对光学薄膜损伤的影响。
（3）通过扫描电子显微镜分析光学薄膜的微观结构，结合激光损伤模型模拟分析，揭示不同类型激光对光学薄膜损伤的机制。
（4）通过蒸镀多层膜和激光阵列等技术，提高光学薄膜的防护性能，并评估其效果。
三、研究预期结果1.对比研究不同类型激光对光学薄膜损伤的差异，探究飞秒和皮秒脉冲激光对光学薄膜损伤的作用机制。
2.构建光学薄膜损伤模型，进一步揭示激光脉冲参数对光学薄膜的影响。
3.通过改变光学薄膜的结构和材料等方法，提高其防护性能，为激光加工和光学通信等领域提供实用解决方案。
多脉冲激光作用下光学薄膜损伤的累积效应
多脉冲激光作用下光学薄膜损伤的累积效应
王涛;赵元安;黄建兵;贺洪波;邵建达;范正修
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2006(35)6
【摘要】研究了高反射膜在多脉冲激光作用下损伤的累积效应·实验中使用1064nm调Q的Nd∶YAG激光器,脉宽是12ns,频率为10Hz·实验发现:高反射膜的损伤阈值随辐照脉冲数增加而降低,表现出明显的累积效应·通过对损伤阈值和损伤概率以及辐照次数的统计性研究,并结合单脉冲辐照的结果,说明了存在于薄膜中微小的缺陷参与了多脉冲激光对薄膜的损伤过程,得到了制备IBS高反射膜的损伤阈值和照射次数的关系式,用Nomarski偏光显微镜观察了实验过程中样品的损伤形貌,发现是典型的缺陷损伤·
【总页数】4页(P859-862)
【关键词】Ta2O5/SiO2介质反射膜;累积效应;单脉冲;多脉冲;损伤阈值
【作者】王涛;赵元安;黄建兵;贺洪波;邵建达;范正修
【作者单位】中国科学院上海光学精密机械研究所光学薄膜技术研发中心
【正文语种】中文
【中图分类】O484.4
【相关文献】
1.单脉冲和多脉冲飞秒激光对单层光学薄膜的损伤 [J], 袁磊;赵元安;贺洪波;邵建达;范正修
2.重复率激光作用下光学薄膜损伤的累积效应 [J], 王涛;赵元安;黄建兵;贺洪波;劭建达;范正修
3.重复率激光作用下光学薄膜损伤的累积效应 [J], 王涛;赵元安;黄建兵;贺洪波;劭建达;范正修
4.单脉冲飞秒脉冲激光对单层和高反光学薄膜的损伤 [J], 袁磊;赵元安;贺洪波;范正修;邵建达
5.重复率脉冲激光作用下光学薄膜的激光损伤研究 [J], 代福;熊胜明;张云洞
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2007年10月第28卷 第5期推 进 技 术J OURNAL OF PRO PUL SI ON TECHNOLOGYOct 2007V ol 28 No 5脉冲激光输出模式对介质薄膜损伤的影响*曹华梁,程祖海,叶克飞,余亮英,陈佳元(华中科技大学武汉光电国家实验室,湖北武汉430074)摘 要:采用单横模(TE M 01)和多模横向激励高气压(T E A )脉冲二氧化碳激光器和不同焦距的透镜对10 6 m 的增透膜进行了破坏实验,对破坏样品进行了显微分析,研究了不同激光模式和不同焦距透镜对薄膜破坏的影响。
实验结果表明,在短焦距透镜聚焦时,相同能量密度的单横模激光脉冲焦距前比焦距后更容易造成薄膜的损伤,破坏阈值相差5J /c m 2;使用长焦距透镜聚焦时,在单模激光脉冲和多模激光脉冲幅照下薄膜的损伤阈值基本相同,但比使用短焦距单模激光测量到的损伤阈值高。
关键词:激光损伤+;介质薄膜;破坏阈值;激光模式中图分类号:TN 249;V 439 文献标识码:A 文章编号:1001 4055(2007)05 0558 03* 收稿日期:2007 04 25;修订日期:2007 06 27。
基金项目:国家 九七三 项目(61328)。
作者简介:曹华梁(1972!),男,博士后,研究领域为高功率激光器件。
E m ai:l h l cao m a i@l sohu co mEffect of pulse laser m ode on da m age of dielectric t hi n fil mC AO H ua liang ,C H E NG Zu ha,i YE Ke fe,i YU L iang y i n g ,C HEN Jia yuan(W uhan N ati ona l Labo ra t o ry for Optoe lectron ics ,Huazhong Un i v.o fSc ience and T echno l ogy ,W uhan 430074,Chi na)Abstrac t : L aser i nduced da m age i n 10 6 m re flecti on reduc i ng coa ti ng was observed us i ng sing le mode (TE M 01)and mu lti m ode transverse l y ex cited at m ospher ic(TEA )ca rbon diox ide laser and different f o ca l l eng th optica l lens .D a m age sa m p l es w ere ana l y zed by m i croscope .E ffect o f laser m ode and f oca l leng t h on da m ag e o f d ielectr i c t h i n fil m w as st udied The re su lts show that sing le m ode laser radiati on of sa m e energy dens it y i s easier t o i nduce damage for sa m ple i n the front o f focal spo t of short focus lens than t hat beh i nd foca l spo t of short focus l ens .T he dev i ation o f da m age thresho l d was 5J /cm 2.W hen usi ng l ong focus lens ,the m easured da m age threshold o f fil m is si m ilar w it h si ng le mode lase r radiati on o r mu lti m ode laser ra d i ation ,but it is h i gher t han tha tw ith si ngle mode l aser rad i ation when usi ng short focus lensK ey word s : L ase r induced da m ag e +;D ielectric fil m ;D a m age thresho l d ;Laser m ode1 引 言随着激光技术的发展和激光器功率水平的提高,对光学元件抗激光破坏能力的要求也越来越高,光学薄膜的抗破坏能力对高能量TE A CO 2激光器及相关光学系统的正常工作极其重要,是提高TE A CO 2激光器单脉冲能量要解决的难点之一。
光学薄膜在一定能量密度下会遭到破坏,因而研究各种激光因素对10 6 m 薄膜破坏的影响对于TEA 激光器系统的整体设计、薄膜破坏阈值的测量、薄膜设计和镀制的优化有很强的参考价值。
薄膜破坏的研究经常采用YAG 激光器[1,2],输出脉冲可以高重复频率工作,焦斑很小,能量密度高,激光器的脉冲能量不需要太高。
针对高能脉冲TEA CO 2激光器的光学薄膜,本文用TE A CO 2激光对10 6 m 的增透介质膜进行了破坏实验。
TEA CO 2激光器可用单模TE M 01和多模两种方式工作,聚焦透镜采用长焦距(300mm )和短焦距(150mm )两种。
在激光器单模式工作、短焦距聚焦条件下,研究了样品在焦距前和焦距后的薄膜破坏;同时分析了激光器在单模和多模工作条件下长焦距对测量薄膜破坏阈值的影响。
第28卷 第5期脉冲激光输出模式对介质薄膜损伤的影响2 实验方法2 1 实验装置实验装置如图1所示,脉冲激光通过一光阑,经过4倍扩束系统,在聚焦透镜前加一分光片测量脉冲能量,夹持样品的平台可以在光具座上沿光轴方向大范围移动,同时平台也可以在光轴方向和垂直光轴方向微移,便于精确控制破坏点和激光光斑大小。
激光器为紫外预电离TEA C O 2激光器,波长10 6 m,重复频率为1~3H z ,激光脉冲波形如图2所示,脉宽约为0 25 s 。
激光器可以产生最大能量4J 的多模平顶光输出,在激光器腔内放置一小孔光阑,则可以输出最大能量0 5J ,TE M 01的单模脉冲,该激光器的单模和多模光斑如图3所示。
两个聚焦透镜的焦距分别为150mm 和300mm,由于激光多模输出时光斑半径比较大,经扩束后激光入射到样品上的单脉冲能量由扩束前的4J 下降到0 5J ,并且长焦距光斑比较大,能量密度不足以破坏样品薄膜,所以多模激光破坏实验时取消了扩束系统,激光直接从光阑通过聚焦透镜聚焦。
样品为ZnSe 基YbF 3/ZnSe 膜系,中心波长10 6 m 处的透过率为99 4%。
F i g 1 Schematic of experi men tsetupF ig 2 L aser pu lse shapeFig 3 Facular pattern of l aser mod e2 2 破坏阈值测量方法光学薄膜的破坏阈值定义有两种[3]:50%损伤几率阈值与零损伤几率阈值。
取不造成元件破坏的最大能量密度与造成损伤的最小能量密度的均值作为50%损伤几率阈值;对测试结果进行统计分析后,取对应于零损伤几率的能量密度作为零几率损伤阈值。
测量方式也有两种:1 on 1和n on 1,即用一个脉冲照射一个区域或n 个脉冲照射同一个区域,再检测该区域是否被破坏。
薄膜破坏探测有很多方法[4],如等离子体法、相衬显微法,透射反射法,声光法等。
本文采用1 on 1的方式和显微法来测量样品的50%损伤几率阈值。
首先在聚焦透镜后测量光斑大小与样品平台位置的关系,以便计算激光辐射的能量密度与样品位置的关系。
在聚焦透镜后移动样品平台,观测样品的破坏情况,当肉眼无法判断样品是否被破坏时采用显微法观测样品的破坏情况,判断样品是否被破坏,计算最小破坏能量密度和最大未造成破坏的能量密度,得到薄膜的损伤阈值。
3 实验结果与分析3 1 单模脉冲激光破坏将激光器工作在TE M 01模模式,聚焦采用焦距为150mm 的透镜,透镜后的激光脉冲能量在0 35J 左右,在光具座上沿光轴方向从透镜焦距前移到焦距后,观测样品的破坏情况。
图4为90倍显微镜下样品被破坏的照片,其中(a)为激光照射前薄膜照片,(b)为没有被破坏的样品,(c)为焦距前被破坏的样品,(d)为焦点处被破坏的样品,(e)为焦点后被破坏的样品。
焦距前的破坏图案基本与TE M 01模的能量分布相似,由此看出透镜焦点前光斑能量分布与激光模式相同,薄膜被破坏的区域分布在激光能量比较集中的地方;接近焦点处薄膜破坏区域很小,但薄膜完全被破坏,并且由于焦点可能在基片内,产生巨大的热应力使基片后面薄膜产生很大区域的剥落;焦点后的破坏比焦点前均匀,基片后面也没有产生破坏。
测量激光光束为TE M 01模、聚焦透镜焦距为150mm 的最小破坏能量密度,焦距前为2 8J /c m 2,焦距后为8 2J /c m 2,两者的破坏阈值分别为2 68J/c m 2和7 88J/c m 2,相差5 2J/c m 2左右。
两种破坏方式得到的最小破坏能量密度相差很大,分析光斑的光强分布可以看出:焦点前光强分布不均匀,使局部能量密度偏高,导致整个光斑的最小破坏能量密度降低;559推 进 技 术2007年而焦点后的光强分布比较均匀,局部能量密度变化不大。
图5为焦点前与焦点后的光斑,图5(b)中光斑中心部分能量太强,破坏了热敏纸,实际光强分布并非环形光斑。
由图5可以看出,焦距后光斑已经不能保持激光光束的模式,能量密度分布比较均匀了,原因是焦距后激光能量分布为远场分布,能量密度中间高周边低。
采用焦距为300mm的聚焦透镜在焦距后测量薄膜的损伤阈值,测得破坏阈值为9 7J/c m2,薄膜破坏显微图如图6所示。
破坏斑点在中心随机分布,表明激光模式对长焦透镜焦点后的破坏已经没有影响。
3 2 多模脉冲激光破坏取掉激光器光腔中的小孔光阑,去掉扩束装置,在聚焦透镜前放置一 25mm的光阑,选用焦距为300mm的聚焦透镜,前后移动样品,在焦距前测量薄膜的最大未破坏阈值和最小破坏阈值,得到薄膜的破坏阈值为9 3J/c m2。
薄膜破坏情况如图7所示,破坏区域大部分集中在光斑周边。
由于透镜前增加了光阑,可以认为光斑的能量分布基本上相同,但在边缘处存在没被激光照射的区域与被激光照射的区域,不同区域之间的温差产生的内应力使光斑周边的薄膜更容易脱落。