| 题名 | 短脉冲激光作用下玻璃的暗化及其机理研究 |
| 作者 | 姜雄伟 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2001 |
| 授予单位 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 |
| 导师 | 干福熹 |
| 关键词 | 光致暗化 玻璃 短脉冲激光 阈值 色心 |
| 中文摘要 | 本论文工作研究了光学玻璃与激光玻璃在不同波长、不同脉冲宽度的短脉冲激光作用下的暗化行为，旨在为超短脉冲强激光发展对激光工作物质和光学传输介质的性能要求提供某一方面的依据。本论文的内容可以概括为三个部分：一是实验确定了800nm波长、120飞秒脉冲激光和308nm波长、30纳秒脉冲激光照射下若干光学玻璃和激光玻璃的光致暗化阈值；二是分析并比较了玻璃在不同激光照射下产生光致暗化的机理；三是对不同系列的玻璃在光致暗化下所产生的色心属性进行研究与分析。光学玻璃包括：K_9光学玻璃(简称K_9)、ZK_6光学玻璃(简称ZK_6)、ZF_6光学玻璃(简称ZF_6)、LaF_2光学玻璃(简称LaF_2)和熔石英玻璃：GJSl；激光玻璃包括：N_(21)磷酸盐玻璃(简称N_(21))、N_(31)磷酸盐玻璃(简称N_(31))、Nd:N_(21)磷酸盐激光玻璃(简称Nd:N_(21))和Nd:N_(31)磷酸盐激光玻璃(简称Nd:N_(31))；还有一种氟化物玻璃。论文工作取得了一系列定性与定量的结果，其中主要的概括如下：首次实验确定了若干光学玻璃和激光玻璃在800mn波长、120飞秒脉冲激光照射下的光致暗化阈值。所有玻璃的这些阈值虽然都在10~(12)W／cm~2数量级，但相互之间的差别还是比较显著的；实验确定了这些玻璃在308nm、30纳秒脉冲激光照射下的光致暗化阈值，大约在10~5～10~6W／cm~2数量级。不同系统的玻璃抗光致暗化能力是不一样的，抗光致暗化能力的次序为：火石玻璃<冕牌玻璃<磷酸盐玻璃<氟化物玻璃。这个次序与强光致自聚焦效应相关的玻璃的非线性折射率大小次序～致。同时，测试了各种玻璃在1064nm的纳秒和皮秒激光照射下的光致暗化现象，结果表明，玻璃在这两种激光的作用下不产生光致暗化。本文将多光子吸收电离和光谱增宽理论结合起来并根据实验结果，分析了玻璃在800nm波长、120飞秒脉冲激光照射下的光致暗化机理。比较本论文的光致暗化与γ射线作用下的暗化，结果表明，玻璃在800nm飞秒脉帅激光照射下产生的光致暗化与γ射线作用下的玻璃暗化结果具有类似的透射光谱；通过荧光光谱分析，确认玻璃在800nm波长、120飞秒脉冲照射下，在220～700nm范围内产生的荧光来源于多光子吸收过程。同时，探讨了光谱增宽引起光致暗化的可能性。强激光与玻璃相互作用发生的激光光谱增宽形成了超连续光谱(supercontinuum)。本文认为，超连续光谱中短波波段的形成更有利于低阶多光子吸收的产生。应用上述光致暗化机理合理地解释了激光参数、玻璃的禁带宽度对玻璃光致暗化的影响。此外，对石英玻璃在飞秒激光作用下虽存在多光子吸收但并未产生光致暗化的原因作出了解释。本文对不同组成的玻璃在光致暗化过程中所产生的色心的屈性进行厂研究与分析。结合玻璃在光致暗化前后的吸收光谱和电子自旋共振(ESR)谱，确认玻璃在激光照射后，可见光波段范围光吸收的增加，是山于玻璃内产生了色心。不同类型的玻璃对应产生不同类型的色心。根据ESR谱的g-因子计算和分析，确定了硅酸盐光学玻璃及磷酸盐激光玻璃中光致色心的类型。分析了不同玻璃内色心在室温下及热处理条件下的稳定性。在室温下，不同玻璃内色心的稳定性次序为：K_9>N_(21)>ZK_6≈N_(31)≈LaF_2>ZF_6；在热处理条件下，不同玻璃内色心的稳定性次序为：K_9>ZK_6>N_(21)>N_(31)>LaF_2>ZF_6。 |
| 英文摘要 | In this dissertation, darkening behaviors and mechanisms of various optical glasses and laser glasses irradiated by short pulse laser with different wavelengths were studied and described. The purpose of this study is to provide some fundamental parameters for developing laser materials, which are essentially important to the ultra-short high power laser technologies. The content of this dissertation consists of three parts. The first part is to measure and determine the darkening thresholds of as-studied glasses under radiation of 800nm, 120fs pulse laser and 308nm nanosecond laser. The second part is to provide the possible mechanisms of short pulse laser-induced darkening in the glasses. The third part is to study the characteristics of the laser-induced color-centers in the glasses. Ten kinds of glasses were studied. They are K_9 optical glass (K_9 for short), ZK_6 optical glass (ZK_6 for short), ZF_6 optical glass (ZF_6for short), LaF2 optical glass (LaF_2 for short), fused silica glass (GJS1 for short), N_(21) phosphate glass (N_(2l) for short), N_(31) phosphate glass (N_(31) for short), Nd:N_(21) phosphate laser glass (Nd:N_(21) for short) ,Nd:N_(31) phosphate laser glass (Nd:N_(31) for short) and fluoride glass. A series of research results have been achieved and summarized as follows. For the first time, the darkening thresholds of the different types of glasses irradiated by 800nm femtosecond laser were experimentally determined. Even though the darkening thresholds of the glasses are ranged over 10~(12)W/cm~2, the measured darkening thresholds for the different glasses are certainly distinct. The darkening thresholds of the glasses were also measured when the glasses were irradiated by 308nm nanosecond laser, and the darkening thresholds are down to 10~5～10~6W/cm~2. The variation of the laser-induced darkening thresholds for the different glasses reflects the anti-darkening ability for each glass is different. The anti-darkening abilities increase as following order: flint glass |
| 语种 | 中文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.siom.ac.cn/handle/181231/15366]  |
| 专题 | 上海光学精密机械研究所_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 姜雄伟. 短脉冲激光作用下玻璃的暗化及其机理研究[D]. 中国科学院上海光学精密机械研究所. 2001. |
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