短脉冲及飞秒脉冲对光学薄膜的损伤研究

论文摘要

随着激光技术的日益发展,人们已经成功的将激光脉宽从ns量级缩短到了fs量级,同时随着激光脉冲峰值功率的不断提高,激光与光学系统的相互作用研究进入了全新的领域。光学薄膜几乎是光学系统中不可或缺的元件,同时也是整个系统中最薄弱的环节,因而光学薄膜的激光损伤问题一直是激光向高能量、高功率方向发展的瓶颈。所以,研究光学薄膜的抗激光破坏问题具有非常重要的意义和实用价值。脉冲激光对光学薄膜损伤是一个复杂的过程,常常伴随几种损伤机制的出现。本文主要探讨短脉冲激光以及飞秒脉冲激光对薄膜的损伤问题。首先从短脉冲激光的损伤问题出发,然后扩展到飞秒脉冲。通过建立热冲击效应模型,以类金刚石和铝膜反射镜为例,求解了在短脉冲激光作用下,它们了的温度分布以及热应力分布。在此基础上,把激光脉宽从纳秒级别缩短到飞秒级别,介绍了在飞秒脉冲激光作用下,几种经典的能量输运模型。通过构造双温两步模型,以200nm金膜为例,深入的探讨了在飞秒脉冲激光作用下,光学薄膜的热损伤行为。结果表明,在飞秒脉冲激光作用下,光学薄膜的损伤阈值已经不再遵从传统的? 1/2标度律,经典的Fourier热传导模型已经失效。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光学薄膜激光损伤的背景和意义
• 1.2 激光损伤问题研究的发展过程
• 1.3 光学薄膜激光损伤阈值测试技术探讨
• 1.4 本论文主要研究的工作
• 第二章 短脉冲激光对光学薄膜的损伤理论研究
• 2.1 光学薄膜激光损伤机理
• 2.1.1 光学薄膜的本征吸收
• 2.1.2 杂质吸收
• 2.1.3 雪崩击穿
• 2.1.4 多光子吸收
• 2.2 激光以及薄膜参数对光学薄膜损伤阈值的影响
• 2.2.1 激光参数对损伤阈值的影响
• 2.2.2 光学薄膜性能参数对破坏阈值的影响
• 2.3 本章小结
• 第三章 短脉冲激光对光学薄膜热响应的研究
• 3.1 光学薄膜的温度场和应力场
• 3.2 理论模型的建立
• 3.3 数值结果及讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 飞秒脉冲激光特性以及对薄膜的损伤机制介绍
• 4.1 飞秒激光脉冲特性
• 4.1.1 超短脉宽特性
• 4.1.2 超高电场特性
• 4.2 飞秒脉冲激光的损伤机制
• 4.2.1 飞秒脉冲激光对介电材料的损伤机制
• 4.2.2 飞秒脉冲激光对金属材料的损伤机制
• 4.2.3 飞秒激光对半导体材料的损伤机制
• 4.3 飞秒激光损伤阈值的典型实验结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 飞秒脉冲激光对金属薄膜的损伤理论研究
• 5.1 非Fourier 热传导模型的理论分析
• 5.1.1 CV 波理论
• 5.1.2 双相迟滞模型
• 5.1.3 广义时间迟滞模型
• 5.1.4 双温双曲模型
• 5.1.5 双温两步模型
• 5.2 热传导问题MATLAB 数值求解
• 5.3 双温两步模型的建立以及数值求解
• 5.3.1 模型的建立
• 5.3.2 双温两步模型的数值计算结果及讨论
• 5.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献