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结论.27
致谢.28
参考文献..29
1 引言 1.1 研究背景及意义 光学薄膜元件是激光器及相关光学系统中的重要元件之一， 其抗激光损伤能力不足往往限制着高能量和高功率激光器的发展和应用。在单脉冲激光辐照下，薄膜的损伤机理主要是场致损伤和缺陷诱导损伤，依靠减小膜系最外面高折射率层的驻波场峰值可以提高单脉冲激光辐照下薄膜的损伤阈值。但是在高重复频率脉冲激光辐照下，光学薄膜表面温度急剧上升，导致膜层应力、结构发生变化，最后出现宏观的灾难性损伤。自从激光器问世以来，光学薄膜的激光损伤问题就成为全世界众多科研工作者从事的热门研究课题，研究测定和提高光学薄膜元件的抗激光损伤能力显得尤为重要。 激光重复频率低于 1 000 Hz 时，光学薄膜元件损伤主要是缺陷诱导的微损伤累积造成的源]自=优尔-^论-文"网·www.youerw.com/ ，温度的累积很小，可以忽略；在大于 1 000 Hz 时，薄膜的损伤则主要是由于温度累积造成的，当薄膜温度达到一定值时就会发生应力变形。尤其在强激光系统中，光学薄膜即使出现十分微小的瑕疵，也会导致输出光束质量的下降，严重时将引起整个系统的瘫痪。因而其损伤一直是限制激光向高能量、高功率方向发展的“瓶颈”，同时也是影响熬个激光系统使用寿命的决定性因素之一，提高光学薄膜的抗激光损伤强度是高功率激光系统中要解决的最重要的问题之一[1~5]。激光对光学薄膜的损伤破坏机制既丰富又复杂，具有很重要的科学研究意义。
1.2 国内外研究现状
1.2.1激光对光学薄膜的损伤机理研究进展 光学薄膜一直是光学领域中的重要元件，现在对光学薄膜质量的要求越来越高。激光对光学薄膜的激光损伤研究最重要的是找到造成薄膜损伤的原因以及损伤的机理，从而获得提高损伤阈值的方法。 光学薄膜的激光损伤问题开始于上世纪六十年代， 1965年Turner[6]等人就开始了对光学薄膜激光损伤问题的研究。1978 年，W. Lee Smith [7]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。1981 年ThomasW.Walker 等人总结了激光脉冲对光学薄膜的损伤机理。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。但是，雪崩电离机制、多光子吸收机制和杂质诱导吸收模型都不能完全的解释光学薄膜的激光损伤规律，而且不能得到计算损伤阈值的公式。1996 年，陆建等在其出版著《激光与材料相互作用物理学》中提到高功率激光与薄膜相互作用工程可以归纳为膜料吸收激光能量的热效应和激光的场效应；热效应考虑薄膜物质吸收光子能量，将光能转变为热能，从而引起薄膜的破坏；场效应考虑激光的电磁特性，强的激光场对薄膜的破坏。1998 年V. N. Strekalov[9]提出了原子吸收模型，得到损伤阈值的估计公式，但是仍然不能完美地解决问题。M. Mansuripur[10]从麦克斯韦方程组出发，建立了多层膜的驻波场理论。 随后，柴立群[11]等总结了前人成果，归纳光学薄膜的激光诱导损伤的主要物理机制为电子雪崩电离、多光子吸收电离、杂质缺陷导致的局域强场吸收等，并把损伤机制大致分为场致损伤和热致损伤。他认为，无论哪一类损伤机制，损伤都与薄膜内的电场强度有关，场强越大的地方薄膜损伤的可能性越大。
1.2.2 激光参数以及光学薄膜的性质对薄膜损伤影响的研究现状
1.2.2.1激光参数对损伤的影响 (1) 激光波长对损伤的影响 激光的波长与其能量密切相关，是影响损伤阈值的一个重要因素。实验表明，通常大多数光学薄膜存在所谓的“波长效应”，即其激光损伤阈值随波长的减小而下降[12~14]，也就是说短波长激光更容易造成薄膜元件的损伤。对于脉宽为 ns量级的短脉冲激光而言，当波长从 1064nm 降至 532nm 时，绝大多数的膜层的损伤阈值都降低(MgO薄膜除外)。对于常见的膜层而言，在近红外至紫外区域，其吸收系数随波长的降低而增加。 (责任编辑：qin) |