介质薄膜的高能激光诱导行为变迁特性研究

It is found that irradiatting the optical films with super-intensity laser but not broken them, the structure and properties of the films may be changed. However, it is very pity that the induction mechanism of the laser has not been understood clearly. The properties of optical dieletric films after processing by high laser irriadiatting will be investigated in this application, and the relatiship between laser process parameters and properties transition will be obtained. After studying the relationship between properties and micro-structures of the films, an interaction relationship of the induction parameters, strcture transition, threshold improvement can be constructed. After synthetical analysis, a suitable physical model can be obtained. And also, this model can be corrected by numerical analysis and experiments. Finally, the induction mechanism of high-energy laser beam will be established. The parameters of laser induction for processing optical films with higher laser-induced damage threshold will be obtained after finishing this research and receiving lots of achievement. The properties transition of the film parts in actual laser sysytem can also be assessed and forecasted. Therefore, this project is important and valuable in scientific interest and practical application.

已有研究表明，在不损伤薄膜的情况下，采用超强激光进行辐照，可以诱使薄膜的结构及性能发生变化。但是对激光光束的这一诱导机制，目前尚缺乏足够的认识。 本申请拟研究光学介质薄膜在激光诱导下的行为特性，揭示激光参数与行为特性变迁的相互关联性；研究薄膜行为变迁规律与微观结构之间的关系；确定诱导参数-结构变迁-特性优化-阈值提高的相互依存关系；通过综合分析，建立适当的物理模型，基于数值分析和实验验证进行模型修正，进而揭示光学薄膜的激光诱导机制。本项目的实施及取得的研究成果，将获得高损伤阈值光学薄膜的激光诱导参数，并可对实际激光系统中使用的薄膜元件行为变迁做出评估及预测。因此，本项申请具有重要的科学意义和实际应用价值。

近年来，随着大功率、高能量激光技术的发展和应用，对光学薄膜提出了越来越高的要求。光学薄膜作为激光系统中极其重要的器件，它的抗激光损伤能力优劣成为激光系统发展和应用的主要瓶颈之一。已有研究表明，在不损伤薄膜的情况下，采用强激光进行辐照，可以诱使薄膜的结构及性能发生变化。但是对激光光束的这一诱导机制，目前尚缺乏足够的认识。. 本项目主要研究了LaTiO3、HfO2、SiO2、ZnSe等单层光学介质薄膜在激光诱导下的行为特性，揭示了激光参数与行为特性变迁的相互关联性。研究发现，采用激光损伤阈值的60%能量，3脉冲激光对薄膜进行辐照处理，可有效提高薄膜的激光损伤阈值。项目研究了薄膜行为变迁规律与微观结构之间的关系；基于电场强度优化设计的思想，研究了1064nm高反射和减反射多层介质薄膜在强激光束流下的行为变迁特点，为分析光学薄膜的激光辐射诱导机理提供实验依据。研究发现，薄膜-空气界面的电场强度大小成为场致破坏的主要因素，界面处较小的电场强度有利于激光损伤阈值的提高；在此基础上，确定了诱导参数-结构变迁-特性优化-阈值提高的相互依存关系；最后通过综合分析，建立了激光诱导损伤阈值的物理模型，基于数值分析和实验验证进行模型修正，进而基本明确了光学薄膜的激光诱导机制。依据该模型，输入激光辐照参数、薄膜及基体的理化参数，即可确定薄膜的激光损伤阈值。. 本项目的实施及取得的研究成果，可获得高损伤阈值光学薄膜的激光诱导参数，并可对实际激光系统中使用的薄膜元件行为变迁做出评估。明确光学薄膜在强激光作用下的性能变迁，从而就能对薄膜在实际应用场合下的行为变化进行预测。同时，认识激光束流诱导薄膜性能变化的机制，就能够指导工艺研究的进行，从而制备出性能优良的薄膜。. 本项目完成了申请书及计划书的研究任务，为后续进一步研究提供了一定的实验基础和理论依据。

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