1 064, 532和680 nm波长的反射-吸收复合型防护膜的研制

 针对1 064, 532 和 680 nm波长激光， 以聚碳酸酯 （PC） 为镀膜基底， 钕玻璃激光中心波长为1 064 nm, 采用六分之一加三分之一膜系的反射膜系设计，以氧化锆为高折射率膜层材料，氯化酞菁铝掺杂的氧化硅为低折射率膜层材料，通过溶胶-凝胶法镀21层膜，并在多层反射膜与PC基底之间插入张力匹配层，实现了钕玻璃激光器1 064 nm主频和532 nm二倍频波长激光的反射，以及680 nm波长红宝石激光的同时吸收，1 064,532和680 nm波长处的透射率分别为1.67％，18.24％和2.4％。     

双波段激光防护多层反射膜的设计

利用TFCalc膜系设计软件,从理论上对激光防护多层反射膜的光学性能进行了分析。计算了各个膜系的理论投射率曲线。分析了各个因素(如膜系结构、膜层奇偶性、起膜材料)对膜层光学性质的影响。并设计了以ZrO2和SiO2为膜层材料,聚碳酸酯(PC)为基体材料,可以同时防护532nm和1064nm波长激光的1∶2型多层反射薄膜。在532nm和1064nm处的理论透过率都达到了0.01%(光学密度D=4)。并在PC镜片表面镀上23层1∶5型激光反射膜,对理论设计进行验证。对其在400nm~1200nm波长范围内的光学性能进行了测试,测试结果与理论计算值基本吻合。     

4.48 nm正入射软X射线激光用Cr/C多层膜高反射镜的研制

针对4.48nm类镍钽软X射线激光及其应用实验,设计制备了工作于这一波长的近正入射多层膜高反射镜。选择Cr/C为制备4.48nm高反射多层膜的材料对,通过优化设计,确定了多层膜的周期、周期数以及两种材料的厚度比。模拟了多层膜非理想界面对高反射多层膜性能的影响。采用直流磁控溅射方法在超光滑硅基片上实现了200周期Cr/C多层膜高反射镜的制备。利用X射线衍射仪测量了多层膜结构,在德国BessyⅡ同步辐射上测量了在工作波长处多层膜反射率,测量的峰值反射率达7.5%。对衍射仪测量的掠入射反射曲线和同步辐射测量的反射率曲线分别进行拟合,得到的粗糙度和厚度比的结果相近。测试结果表明,所制备的Cr/C多层膜样品结构良好,在指定工作波长处有较高的反射峰,达到了设计要求。     

脉宽压缩光栅用的多层膜设计和性能分析

应用于啁啾脉冲放大技术中的脉宽压缩光栅是基于多层膜作为基底,利用全息干涉技术和离子束技术刻蚀而成。脉宽压缩光栅的衍射效率和抗激光损伤阈值一方面依赖于光栅结构的设计,另一方面很大程度上取决于作为基底的多层膜的设计。给出了以413.1nm作为写入波长,1053nm作为使用波长的多层介质光栅膜的设计,样品在ZZS-800F型真空镀膜机上采用电子束蒸发方式沉积而成,并给出了膜系结构对光学性能影响因素的详细分析,结果表明膜系H3L(H2L)9H0.5L2.03H满足光栅膜的指标。给出了样品光学特性测试,其使用波长处的透射率<0.5%,写入波长处的透射率>90%,测试表明样品满足设计要求且实验结果和理论设计符合得很好。     

500.8nm Nd∶YAG青光激光器光学薄膜的设计与制备

从双波长激光运转及和频的机理出发,对LD泵浦Nd∶YAG,LBO腔内和频500.8nm青光激光器所使用的光学薄膜进行了设计和制备·在激光反射镜的设计上,为了达到最佳的和频输出,对膜系要求进行了深入分析.采用对谐振腔一端面反射率固定不变并通过对另一腔镜基频光的透射率进行调谐的方法,在给出合理初始结构后,利用计算机对膜厚进行了优化.并采用双离子束溅射沉积的方法,通过时间监控膜厚法成功制备出青光激光器所使用的全介质激光反射膜,在室温下实现946nm和1064nm双波长连续运转,并通过Ⅰ类临界相位匹配LBO晶体腔内和频在国内首次实现500.8nm青色激光连续输出.当泵浦注入功率为1.4W时和频青光最大输出达20mW.     

500.8 nmNd∶YAG青光激光器光学薄膜的设计与制备

从双波长激光运转及和频的机理出发，对LD泵浦Nd∶YAG，LBO腔内和频500.8 nm〖JP2〗青光激光器所使用的光学薄膜进行了设计和制备.在激光反射镜的设计上，为了达到最佳的和频输出，对膜系要求进行了深入分析.采用对谐振腔一端面反射率固定不变并通过对另一腔镜基频光的透射率进行调谐的方法, 在给出合理初始结构后，利用计算机对膜厚进行了优化.并采用双离子束溅射沉积的方法，通过时间监控膜厚法成功制备出青光激光器所使用的全介质激光反射膜, 在室温下实现946 nm和1064 nm双波长连续运转，并通过Ⅰ类临界相位匹配LBO晶体腔内和频在国内首次实现500.8 nm青色激光连续输出.当泵浦注入功率为1.4 W时和频青光最大输出达20 mW.     

溶胶-凝胶法制备ZrO2/SiO2双层减反硬膜

以锆酸丙酯[Zr(OPr)4]、正硅酸乙酯(TEOS)为原料, 用溶胶-凝胶(sol-gel)提拉法涂膜, 制备高透过的λ/ 4～λ/ 4型ZrO2/SiO2双层减反膜.该减反膜的表面均匀, 均方根(RMS)粗糙度为1.038 nm, 平均粗糙度(RA)为0.812 nm.制备的双层减反膜具有很好的减反效果, 在石英玻璃基片二面涂膜, 在激光三倍频波长351 nm处透射比达到99.41%, 比未涂膜石英玻璃基片的透射比提高了6.14%;在基频波长1053 nm处透射比达到99.63%, 比未涂膜K9光学玻璃基片的透射比提高了7.67%.膜层具有较高的激光损伤阈值, 在激光波长为1053 nm, 脉冲宽度为1 ns时, 薄膜的激光损伤阈值达到16.8 J/cm2.膜层具有良好的耐擦除性能.     

溶胶—凝胶工艺提拉法制备二氧化硅增透膜

采用溶胶-凝胶工艺用提拉法在石英基片上制备了具有优良的光学特性、高激光损伤阈值和均匀性良好的多孔二氧化硅单层增透膜和“有机硅-SiO₂”双层增透膜系.考察了提拉速率对透射特性的影响,并比较了提拉法和液面下降法对所制备膜层的厚度的影响.透射光谱测量表明,在钕玻璃高功率激光的基频(1060nm)、倍频和三倍频等重要激光波长处均得到较为理想的增透,透射率达到99%以上.     

一种用于Yb:YAG激光器的波长分离膜的研制

以1 030 nm高反,940,980 nm高透的波长分离膜作为实例,为提高该薄膜元件的波长分离效果,从膜系的优化方面做了一系列的研究,诸如采用带通滤光片的设计思想,在膜堆两侧加入了匹配层,调整膜堆的周期厚度,并用膜系设计软件对通带作进一步的优化.通过这一系列的优化设计后,利用RF双离子束溅射工艺在BK7玻璃基底上沉积样品薄膜,并在基底背面加镀通带增透膜.结果显示,透射带在940和980 nm处的透过率分别为97.73%和93.63%,反射带在1 030 nm的反射率为99.99%.对所制备的样品薄膜进行了激光损伤阈值测量,得到了35 J/cm2(1 064 nm,12 ns)的结果.     

电子束蒸发沉积Ir膜真空紫外反射特性

Ir是一种重要的真空紫外反射材料,在太阳物理、宇宙物理、生命科学、大气物理、同步辐射等方面有着十分重要的应用.对电子束蒸发沉积Ir膜在真空紫外波段的反射特性进行了系统的理论和实验研究.根据吸收材料基底上单层金属膜数学计算模型,对不同基片上各种厚度的Ir膜真空紫外反射率进行了优化计算.根据计算和前期实验结果,采用电子束蒸发方法,在石英、K9玻璃基片上沉积了不同厚度的Ir膜,在入射波长120 nm处获得了近30%正入射反射率,对应的Ir膜厚度为12 nm.过厚或过薄均不利于Ir膜反射率的提高.经退火处理后,Ir膜中张应力有所释放但并未消除,同时晶粒平均尺寸显著增大,反射率下降.     

Graded Index 532HR/1064HT Filter by Glancing Angle Deposition

Glancing angle deposition is a novel method to prepare graded index coatings. By using this method and physical vapour deposition, ZrO2 is used to engineer graded index filter on BK7 glass substrate. Controlling the deposition rate and the periodic oscillation of oblique angle of deposited material, a 10-period graded index ZrO2 filter with high reflection near 532nm and high transmittance at wavelength 1064nm is fabricated. The causes of difference between the theoretical and experimental results are discussed in detail. The material properties and electron gun nonlinearity are possibly the main origins of the difference, which result in the variations in both thickness control and deposition rate of the film material.     

卫星激光通信滤光膜的研制

为满足卫星激光通信中超高速数据传输的特殊要求,采用电子束和离子辅助沉积技术,制备了532nm、632nm和1 064nm波长处高反射,808nm和1 550nm处高透射的多波段滤光膜.选取了H4和SiO2作为高低折射率材料,通过对膜系设计曲线的不断优化,减少了灵敏层的个数,得到了相对易于制备的膜系结构;采用电子束加热蒸发方法并加以离子辅助沉积系统制备薄膜,采用光控与晶控同时监控的方法控制膜厚;通过不断调整工艺,提高了薄膜的抗激光损伤能力,减小了膜厚控制误差,提高了透射波段的透过率及反射波段的反射率,最终得到了光谱性能较好的滤光膜.该薄膜能够承受雨淋、盐雾、高低温等环境测试,满足使用要求.     

三硼酸锂晶体上1064 nm,532 nm,355 nm三倍频增透膜的设计

采用矢量法设计了三硼酸锂晶体上1064 nm、532 nm和355 nm三倍频增透膜,结果表明1064 nm、532 nm和355 nm波长的剩余反射率分别为0.0017%、0.0002%和0.0013%。根据误差分析,薄膜制备时沉积速率精度控制在 5.5%时,1064 nm、532 nm和355 nm波长的剩余反射率分别增加至0.20%、0.84%和1.89%。当材料折射率的变化控制在 3%时,1064 nm处的剩余反射率增大为0.20%,532 nm和355 nm处分别达0.88%和0.24%。与薄膜物理厚度相比,膜层折射率对剩余反射率的影响大。对膜系敏感层的分析表明,在1064 nm和355 nm波长,从入射介质向基底过渡的第二层膜的厚度变化对剩余反射率的影响最大,其次是第一膜层。在532 nm波长,第一和第三膜层是该膜系的敏感层。同时发现,由于薄膜材料的色散,1064 nm5、32 nm和355 nm波长的剩余反射率分别增加至0.15%、0.31%和1.52%。     

卫星激光通信滤光膜的研制

为满足卫星激光通信中超高速数据传输的特殊要求,采用电子束和离子辅助沉积技术,制备了532 nm、632 nm和1 064 nm波长处高反射,808 nm和1 550 nm处高透射的多波段滤光膜.选取了H₄和SiO₂作为高低折射率材料,通过对膜系设计曲线的不断优化,减少了灵敏层的个数,得到了相对易于制备的膜系结构;采用电子束加热蒸发方法并加以离子辅助沉积系统制备薄膜, 采用光控与晶控同时监控的方法控制膜厚;通过不断调整工艺,提高了薄膜的抗激光损伤能力,减小了膜厚控制误差,提高了透射波段的透过率及反射波段的反射率,最终得到了光谱性能较好的滤光膜.该薄膜能够承受雨淋、盐雾、高低温等环境测试,满足使用要求.     

Glucose-induced changes in the optical properties of Intralipid

Photoacoustic and optical measurement techniques were used in this paper to study glucose-induced changes in Intralipid suspensions. Optical energy was provided by a Nd:YAG laser at 1064 and 532 nm and a picosecond laser module at 906 nm. As detectors, the setup employed a photoacoustic detector, PIN diode, and streak camera. Increasing the glucose content of the suspensions increased the refractive indices of the studied media. This served to decrease the refractive index mismatch between the background and the scattering particles and led consequently to decreased scattering, which then affected both the peak-to-peak value of the photoacoustic signals and the transmitted optical pulses. At 1064 nm, glucose changed the peak-to-peak value of the photoacoustic signal more in 1% than in 2% Intralipid. In addition, the glucose-induced change in the transmitted pulse amplitude was less noticeable at 532 than at 1064 nm in 1% Intralipid. The text was submitted by the authors in English.     

Determination of the ratio of soot refractive index function E(m) at the two wavelengths 532 and 1064 nm by laser induced incandescence

A new method is proposed to measure the ratio of the refractive index function of soot particles E(m) at the two fixed wavelengths: 532 and 1064 nm. Using a non-intrusive, in-situ laser based technique, the ratio E(m,1064 nm)/E(m,532 nm) can be determined by comparing laser induced incandescence (LII) intensities at 532 and 1064 nm excitation wavelengths. The method consists of selecting laser energies that insure the equality of the LII signals in the low fluence regime under given conditions. Such equality is consistent with the fact that the soot particle will have reached the same temperature independently of the laser wavelength, i.e. the soot particle has absorbed the same energy. As the absorbed energy is proportional to the laser irradiance times E(m), the measurement of the laser energies required to insure perfect concordance of the LII intensities (spatially and temporally) serves to deduce the ratio E(m,1064 nm)/E(m,532 nm). The method is demonstrated in an acetylene/air flame, validated against extinction measurements performed by cavity ring-down spectroscopy (CRDS) by using laser radiations at 532 nm and 1064 nm and finally applied to different flame conditions. PACS 78.20.Ci; 78.90.+t; 81.05.Uw; 42.62.-b     

LiB3O5晶体上四倍频增透膜设计

采用矢量法设计了三硼酸锂（LiB3O5,LBO）晶体上1 064 nm、532 nm、355 nm和266 nm四倍频增透膜.结果表明,在1 064 nm、532 nm、355 nm和266 nm波长的剩余反射率分别为0.001 9％、0.003 1％、0.006 1％和0.004 7％.根据容差分析,薄膜制备时沉积速率准确度控制在＋6.5％时,基频、二倍频、三倍频和四倍频波长的剩余反射率分别增加至0.24％、0.92％、2.38％和4.37％.当薄膜材料折射率的变化控制在＋3％时,1 064 nm波长的剩余反射率增大为0.18％,532 nm、355 nm和266 nm波长分别达0.61％,0.59％,0.20％.与薄膜物理厚度相比,膜层折射率对剩余反射率的影响大.对膜系敏感层的分析表明,在1 064 nm和266 nm波长,从入射介质向基底过渡的第二层膜厚度变化对剩余反射率的影响最大,其次是第一膜层.在532 nm和355 nm波长,从入射介质向基底过渡的第一和第四膜层是该膜系的敏感层.误差分析也表明,薄膜材料的色散对特定波长的剩余反射率具有明显影响,即1 064 nm、532 nm、355 nm和266 nm波长的剩余反射率分别增加至0.30％、0.23％、0.58％和3.13％.     

Accuracy design of ultra-low residual reflection coatings for laser optics

Refractive index inhomogeneity is one of the important characteristics of optical coating material, which is one of the key factors to produce loss to the ultra-low residual reflection coatings except using the refractive index inhomogeneity to obtain gradient-index coating. In the normal structure of antireflection coatings for center wavelength at 532 nm, the physical thicknesses of layer H and layer L are 22.18 nm and 118.86 nm, respectively. The residual reflectance caused by refractive index inhomogeneity(the degree of inhomogeneous is between -0.2 and 0.2) is about 200 ppm, and the minimum reflectivity wavelength is between 528.2 nm and 535.2 nm. A new numerical method adding the refractive index inhomogeneity to the spectra calculation was proposed to design the laser antireflection coatings, which can achieve the design of antireflection coatings with ppm residual reflection by adjusting physical thickness of the couple layers. When the degree of refractive index inhomogeneity of the layer H and layer L is-0.08 and 0.05 respectively, the residual reflectance increase from zero to 0.0769% at 532 nm. According to the above accuracy numerical method, if layer H physical thickness increases by 1.30 nm and layer L decrease by 4.50 nm, residual reflectance of thin film will achieve to 2.06 ppm. When the degree of refractive index inhomogeneity of the layer H and layer L is 0.08 and -0.05 respectively, the residual reflectance increase from zero to 0.0784% at 532 nm. The residual reflectance of designed thin film can be reduced to 0.8 ppm by decreasing the layer H of 1.55 nm while increasing the layer L of 4.94 nm.     

人眼安全激光测距与红外成像滤光膜的研制

从人眼安全的角度,设计并制备了对1 064 nm激光抑制并可用于1 550 nm激光测距以及3 m～5 m波段红外成像的滤光膜。选用ZnS、YbF3作为膜料组合、多光谱ZnS作为基底,利用薄膜设计软件对薄膜进行了优化设计。膜系设计通过合理的厚度控制和膜层安排,来增强薄膜的机械强度。滤光膜的制备采用了电子束沉积技术,通过离子辅助沉积和真空退火处理技术,进一步提高滤光膜的牢固性。光谱测试表明:在1 064 nm处的透射率仅为0.5%,1 550 nm处的透过率为99.3%,3 m～5 m波段的平均透过率大于96%,经分析YbF3的折射率在薄膜沉积过程中有所提高,但是对光谱曲线影响不大;可靠性测试表明:滤光膜能够耐受恶劣的环境考验,满足使用要求。