搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

1064 nm激光对中性密度滤光片的损伤机理研究

刘岩岩 韩敬华 段涛 牛瑞华 孙年春 高翔 杜永兆 杨李茗 冯国英

引用本文:
Citation:

1064 nm激光对中性密度滤光片的损伤机理研究

刘岩岩, 韩敬华, 段涛, 牛瑞华, 孙年春, 高翔, 杜永兆, 杨李茗, 冯国英

Investigation of 1064-nm laser damage mechanism of neutral density filter

Liu Yan-Yan, Han Jing-Hua, Duan Tao, Niu Rui-Hua, Sun Nian-Chun, Gao Xiang, Du Yong-Zhao, Yang Li-Ming, Feng Guo-Ying
PDF
导出引用
  • 中性密度滤光片的典型结构是在K9玻璃上镀金属膜,来实现对激光的有效吸收.由于损伤阈值较低,严重限制了其在高能激光系统中的应用.实验研究了较高激光能量密度下滤光片的损伤形貌和损伤机理.损伤形貌的变化特征是:随着激光能量密度的增加,滤光片先出现损伤点,后以损伤点为中心产生裂纹,且裂纹长度逐渐变长,最终连接成线状和块状,导致大面积的薄膜脱落.建立了缺陷吸收激光能量升温致中性密度滤光片表面薄膜损伤的模型,计算了薄膜表面的温度和应力分布,讨论了薄膜表面不均匀温升造成的径向、环向和轴向热应力分布.理论分析显示:环向应力是造成薄膜沿径向产生裂纹的主要原因.当激光能量密度大于约2.2 J/cm2,杂质粒子半径大于140 nm且相邻杂质粒子之间的距离小于10 m时,裂纹才能大量连接起来引起薄膜的大面积脱落.
    The typical neutral density filter is a metal film plated on a K9 glass to achieve the effective absorption of laser. Its lower damage threshold severely restricts its application to high energy laser systems. Experimental study on damage morphology and damage mechanism of filter in a higher laser energy density is carried out. The variation characteristics of damage morphology are as follows: with the increase of laser energy density, damage spots first appear on the filter, then develop into cracks, and the cracks grow gradually longer and eventually connect into linear and block forms, resulting in a large area of film dropping off. A model of defect absorption leading to film damage on neutral density filter is established. And temperature and stress distributions on the film surface are calculated, separately. The inhomogeneous temperature rise on film surface leads to radial, hoop and axial thermal stress distributions. Theoretical analysis shows that cracks along the radial direction are caused by hoop stress. When laser energy density is larger than about 2.2 J/cm2, impurity particle radius is larger than 140 nm and the distance between impurity particles is less than 10 m. A large number of cracks can connect together to cause a large area of film to drop off.
    • 基金项目: 国家自然科学基金重大项目(批准号: 60890203), 西南科技大学极端条件物质特性实验室开放基金(批准号: 11zxjk08)和四川大学青年教师科研启动基金(批准号: 2009SCU1108)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Major Program of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60890203), the Open Foundation of Laboratory for Extreme Conditions Matter Properties (Grant No. 11zxjk08), and the Research fund for the Young Teachers of Sichuan University, China (Grant No. 2009SCU11008).
    [1]

    Hu H Y, Fan Z X, Luo F 2001 Applied Optics 40 1950

    [2]

    Chang Y H, Liu C C, Yang T J, Wu C J 2009 J. Opt. Soc. Am. B 26 1141

    [3]

    Xia Z L, Fan Z X, Shao J D 2006 Optics Communications 265 620

    [4]

    Xia Z L, Shao J D, Fan Z X 2007 Acta. Phys. Sin. 56 400 (in Chinese) [夏志林, 邵建达, 范正修 2007 物理学报 56 400]

    [5]

    Hu J P, Zhou Xin, Li S G, Liu Z C , Pan F, Chen S L 2011 Optics Express 19 10625

    [6]

    Wang W P, L¨u B D, Liu C L, Zhang D Y, Luo Y Q 2003 Optics & Laser Technology 35 303

    [7]

    Papernov S, Schmid A W 2005 J. Appl. Phys. 97 114906

    [8]

    Gallais L, Voarino P, Amra C 2004 J. Opt. Soc. Am. B 21 1073

    [9]

    Natoli J Y, Gallais L ,Akhouayri H, Amra C 2002 Applied Optics

    [10]

    Hopper R W, Uhlmann D R 1970 Journal of Applied Physics 41 4023

    [11]

    Hu P, Chen F L 2005 High Power Laser and Particle Beams 17 961 (in Chinese) [胡鹏, 陈发良 2005 强激光与粒子束 17 961]

    [12]

    Xia Z L, Fan Z X, Shao J D 2006 Chinese Journal of Lasers 33 111 (in Chinese) [夏志林, 范正修, 邵建达 2006 中国激光 33 111]

    [13]

    Reichling M, Bodemann A, Kaiser N 1998 Thin Solid Films 320 264

    [14]

    Wang B, Qin Y, Ni X W, Shen Z H, Lu J 2010 Applied Optics 49 5537

    [15]

    Dijon J, Poulingue M, Hue J 1999 Proceedings of SPIE 3578 387

    [16]

    Dijon J, Ravel G, Andre B 1999 Proceedings of SPIE 3578 398

  • [1]

    Hu H Y, Fan Z X, Luo F 2001 Applied Optics 40 1950

    [2]

    Chang Y H, Liu C C, Yang T J, Wu C J 2009 J. Opt. Soc. Am. B 26 1141

    [3]

    Xia Z L, Fan Z X, Shao J D 2006 Optics Communications 265 620

    [4]

    Xia Z L, Shao J D, Fan Z X 2007 Acta. Phys. Sin. 56 400 (in Chinese) [夏志林, 邵建达, 范正修 2007 物理学报 56 400]

    [5]

    Hu J P, Zhou Xin, Li S G, Liu Z C , Pan F, Chen S L 2011 Optics Express 19 10625

    [6]

    Wang W P, L¨u B D, Liu C L, Zhang D Y, Luo Y Q 2003 Optics & Laser Technology 35 303

    [7]

    Papernov S, Schmid A W 2005 J. Appl. Phys. 97 114906

    [8]

    Gallais L, Voarino P, Amra C 2004 J. Opt. Soc. Am. B 21 1073

    [9]

    Natoli J Y, Gallais L ,Akhouayri H, Amra C 2002 Applied Optics

    [10]

    Hopper R W, Uhlmann D R 1970 Journal of Applied Physics 41 4023

    [11]

    Hu P, Chen F L 2005 High Power Laser and Particle Beams 17 961 (in Chinese) [胡鹏, 陈发良 2005 强激光与粒子束 17 961]

    [12]

    Xia Z L, Fan Z X, Shao J D 2006 Chinese Journal of Lasers 33 111 (in Chinese) [夏志林, 范正修, 邵建达 2006 中国激光 33 111]

    [13]

    Reichling M, Bodemann A, Kaiser N 1998 Thin Solid Films 320 264

    [14]

    Wang B, Qin Y, Ni X W, Shen Z H, Lu J 2010 Applied Optics 49 5537

    [15]

    Dijon J, Poulingue M, Hue J 1999 Proceedings of SPIE 3578 387

    [16]

    Dijon J, Ravel G, Andre B 1999 Proceedings of SPIE 3578 398

  • [1] 罗攀, 李响, 孙学银, 谭骁洪, 罗俊, 甄良. 新型空间太阳能电池用的钙钛矿薄膜与器件的电子辐照效应. 物理学报, 2024, 73(3): 036102. doi: 10.7498/aps.73.20231568
    [2] 李志鹏, 李晶, 孙静, 刘阳, 方进勇. 高功率微波作用下高电子迁移率晶体管的损伤机理. 物理学报, 2016, 65(16): 168501. doi: 10.7498/aps.65.168501
    [3] 刘阳, 柴常春, 于新海, 樊庆扬, 杨银堂, 席晓文, 刘胜北. GaN高电子迁移率晶体管强电磁脉冲损伤效应与机理. 物理学报, 2016, 65(3): 038402. doi: 10.7498/aps.65.038402
    [4] 汪波, 李豫东, 郭旗, 刘昌举, 文林, 玛丽娅, 孙静, 王海娇, 丛忠超, 马武英. 60Co-γ射线辐照CMOS有源像素传感器诱发暗信号退化的机理研究. 物理学报, 2014, 63(5): 056102. doi: 10.7498/aps.63.056102
    [5] 杜允, 鲁年鹏, 杨虎, 叶满萍, 李超荣. In掺杂氮化亚铜薄膜的电学、光学和结构特性研究. 物理学报, 2013, 62(11): 118104. doi: 10.7498/aps.62.118104
    [6] 张兆慧, 李海鹏, 韩奎. 纳米摩擦中极性有机分子超薄膜的结构、对称性及能量机理. 物理学报, 2013, 62(15): 158701. doi: 10.7498/aps.62.158701
    [7] 马振洋, 柴常春, 任兴荣, 杨银堂, 乔丽萍, 史春蕾. 不同样式的高功率微波对双极晶体管的损伤效应和机理. 物理学报, 2013, 62(12): 128501. doi: 10.7498/aps.62.128501
    [8] 马振洋, 柴常春, 任兴荣, 杨银堂, 陈斌. 双极晶体管微波损伤效应与机理. 物理学报, 2012, 61(7): 078501. doi: 10.7498/aps.61.078501
    [9] 唐正霞, 沈鸿烈, 江丰, 方茹, 鲁林峰, 黄海宾, 蔡红. 变温退火制备铝诱导大晶粒多晶硅薄膜的机理研究. 物理学报, 2010, 59(12): 8770-8775. doi: 10.7498/aps.59.8770
    [10] 仲崇贵, 蒋青, 方靖淮, 江学范, 罗礼进. 1-3型纳米多铁复合薄膜中电场诱导的磁化研究. 物理学报, 2009, 58(10): 7227-7234. doi: 10.7498/aps.58.7227
    [11] 廖国进, 闫绍峰, 巴德纯. 铈掺杂氧化铝薄膜的蓝紫色发光特性. 物理学报, 2008, 57(11): 7327-7332. doi: 10.7498/aps.57.7327
    [12] 李世彬, 吴志明, 袁 凯, 廖乃镘, 李 伟, 蒋亚东. 氢化非晶硅薄膜的热导率研究. 物理学报, 2008, 57(5): 3126-3131. doi: 10.7498/aps.57.3126
    [13] 张红鹰, 吴师岗. 飞秒激光作用下薄膜破坏的力学过程. 物理学报, 2007, 56(9): 5314-5317. doi: 10.7498/aps.56.5314
    [14] 李明宇, 刘 旭, 张锦龙, 马 欣, 厉以宇, 孙雪铮, 顾培夫. 薄膜法布里-珀罗滤光片中反射高斯光束分裂现象. 物理学报, 2007, 56(3): 1746-1750. doi: 10.7498/aps.56.1746
    [15] 夏志林, 邵建达, 范正修. 薄膜体内缺陷对损伤概率的影响. 物理学报, 2007, 56(1): 400-406. doi: 10.7498/aps.56.400
    [16] 刘元富, 韩建民, 张谷令, 王久丽, 陈光良, 李雪明, 冯文然, 范松华, 刘赤子, 杨思泽. 脉冲高能量密度等离子体沉积(Ti, Al)N薄膜组织及其性能研究. 物理学报, 2005, 54(3): 1301-1305. doi: 10.7498/aps.54.1301
    [17] 齐红基, 易 葵, 贺洪波, 邵建达. 溅射粒子能量对金属Mo薄膜表面特性的影响. 物理学报, 2004, 53(12): 4398-4404. doi: 10.7498/aps.53.4398
    [18] 张建民, 徐可为. 面心立方多晶薄膜中应变能密度对晶粒取向的依赖. 物理学报, 2002, 51(11): 2562-2566. doi: 10.7498/aps.51.2562
    [19] 吴锋民, 施建青, 吴自勤. 高温下金属薄膜生长初期的模拟研究. 物理学报, 2001, 50(8): 1555-1559. doi: 10.7498/aps.50.1555
    [20] 许北雪, 吴锦雷, 刘惟敏, 杨海, 邵庆益, 刘盛, 薛增泉, 吴全德. 稀土对金属纳米粒子-介质复合薄膜(Ag-BaO)光电发射性能的增强. 物理学报, 2001, 50(5): 977-980. doi: 10.7498/aps.50.977
计量
  • 文章访问数:  7252
  • PDF下载量:  721
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-11-23
  • 修回日期:  2012-04-05
  • 刊出日期:  2012-04-05

/

返回文章
返回