長脈沖激光輻照下單層HfO2薄膜的溫度場分析

李洪敬

(1. 南京理工大學(xué) 理學(xué)院，江蘇 南京 210094；2.南京曉莊學(xué)院教師教育學(xué)院，江蘇 南京 211171 )

引言

光學(xué)薄膜是激光系統(tǒng)中重要的組成部分，但它很容易受到高能量高功率激光的不斷輻照而發(fā)生損傷，這就大大限制了它在激光系統(tǒng)中的應(yīng)用[1-3]。因此，研究高功率激光致薄膜材料的損傷機理，從而設(shè)法提高薄膜的抗損傷閾值就顯得非常重要。眾所周知，在薄膜的制備過程中，由于原材料的不純和噴槍、坩堝材料注入等因素的影響，使得在薄膜中含有許多尺寸在幾納米至幾百個納米之間的雜質(zhì)粒子[4-9]。由于雜質(zhì)粒子一般會比周圍物質(zhì)具有更高的光學(xué)吸收率，因此，在激光作用下溫度會迅速上升，最終導(dǎo)致薄膜的熱損傷。S.Papernov等[5-8]通過人工引入一定尺寸和填滿深度的雜質(zhì)粒子的方式，對此開展了較為深入的實驗和理論研究。然而，這些研究主要集中在納秒或納秒以下的短脈沖誘導(dǎo)的激光損傷方面，而對于高能量的毫秒級長脈沖激光缺少系統(tǒng)地介紹和研究。由于具有較小的空間傳播損失、無等離子體屏蔽效應(yīng)和無自聚焦現(xiàn)象、同時具有高能量及其高能量耦合效率等優(yōu)點，長脈沖在激光加工處理以及軍事研究中有著越來越多的應(yīng)用。因此，研究長脈沖激光對光學(xué)薄膜的損傷機理，從而研制抗高能量高功率的長脈沖激光轟擊的光學(xué)系統(tǒng)意義重大。

在毫秒級長脈沖研究方面，戴罡等[10]最早計算了長脈沖引起的HfO2多層反射膜的溫度場分布，但是該計算模型并沒有考慮到膜層中雜質(zhì)粒子的影響。……