波长1064nm脉冲激光高阈值反射膜的研制

 研究HfO₂/SiO₂高反射膜的制备工艺及其激光诱导损伤阈值的比较测试,分别采用了反应蒸镀HfO₂、反应离子辅助蒸镀HfO₂、反应离子辅助蒸镀金属Hf的源材料形成HfO₂薄膜。采用这三种工艺制备了HfO₂/SiO₂高反射膜,在中心波长1064nm处,反射率 R≥99.5%,其中反应蒸镀HfO₂/SiO₂高反射膜损伤阈值最高,可达60J/cm²(1064nm,5ns)。     

高抗激光损伤阈值介孔SiO2 减反射膜

 用P123作模板剂,通过正硅酸乙酯的水解缩聚和溶剂蒸发自组装过程在K9玻璃上制备介孔SiO₂膜。应用FT-IR,XRD,N₂ 吸附-脱附,AFM和UV-Vis表征手段研究了薄膜的介孔结构和光学性能,并使用“R-on-1”模式,以Nd:YAG脉冲激光（9.2 ns, 1 064 nm）测试了薄膜的激光损伤阈值。结果表明:所镀制单层介孔SiO₂膜具有规整的2D p6 mm长周期结构,为SBA-15型,膜层表面比较平整（均方根粗糙度为2.923 nm）,在1 064 nm处的透过率为99.5%, 换算为激光脉宽为1 ns时,膜层的激光损伤阈值为21.6 J/cm²,显示出了较好的减反性能和抗激光损伤性能。     

表面层对1 064 nm高反射镜损伤阈值影响

 采用电子束蒸发的方法制备了３种具有不同表面层材料及结构的中心波长为1 064 nm的零度高反镜,３种膜系表面层分别为1/4波长光学厚度的HfO₂,1/2波长光学厚度的SiO₂,以及1/4波长光学厚度的SiO₂。光谱测试表明：三者在1 064 nm处均有较高的反射率（高于99.8%）,利用热透镜的方法测量得到３个膜系辐照激光正入射情况下,薄膜对光的吸收比例分别为3.0×10^-6,5.0×10^-6和6.5×10^-6,其损伤阈值分别为32.5,45.2和28.4 J/cm²。并在膜层内部电场分布和膜层材料物理特性的基础上分析了３种不同表面层膜系吸收和损伤阈值差别的原因。     

真空退火对355nm Al2O3/MgF2高反射薄膜性能的影响

 采用电子束蒸发沉积技术制备了355nm Al₂O₃/MgF₂ 高反射薄膜，并在真空中进行不同温度梯度的退火，用X射线衍射（XRD）观察了薄膜微结构的变化，用355nm Nd：YAG脉冲激光测试了薄膜的激光损伤阈值，用Lambda 900光谱仪测试了薄膜的透过和反射光谱。结果表明在工艺条件相同的条件下真空退火过程对薄膜的性能有很大的影响，退火温度梯度越小的样品，吸收越小，阈值越大，并且是非晶结构。选择合适的真空退火过程可以减少355nm Al₂O₃/MgF₂ 高反射膜的膜层吸收，提高薄膜的激光损伤阈值。     

COIL用变形反射镜介质反射膜

 报道COIL激光用变形反射镜的介质反射多层膜实验。在真空镀膜机内制备了膜系Sub/Ag(SiO₂/HfO₂)⁴/air和Sub/Ag(YbF₃/ZnS)³/air, 反射率分别为99.90%和99.87%。在经历109次循环后变形镜物理特性无变化。研究了COIL激光辐射下热畸变和损伤特性。分别在功率密度为1.52kW/cm²和1.18kW/cm²的COIL激光辐照下,这两种膜系的变形镜波前变化为0.37l 和0.54l 。因此对于变形镜1kW/cm²激光功率密度是安全可靠的。     

物理法和化学法制备的单层ZrO2膜的激光损伤行为差异

 分别采用电子束热蒸发技术和溶胶-凝胶技术在K9基片上镀制了光学厚度相近的ZrO₂单层薄膜,测试了两类薄膜的激光损伤阈值。分别采用透射式光热透镜技术、椭偏仪、原子力显微镜和光学显微镜研究了两类薄膜的热吸收、孔隙率、微观表面形貌、激光辐照前薄膜的杂质和缺陷状况以及激光辐照后薄膜的损伤形貌。实验结果表明：两类薄膜的不同损伤形貌与薄膜的热吸收与微观结构有关， 物理法制备的ZrO₂膜结构致密紧凑，膜层的杂质和缺陷多；化学法制备的ZrO₂膜结构疏松多孔，膜层纯净杂质少，激光损伤阈值达26.9 J/cm²；因物理法制备的ZrO₂膜拥有更大的热吸收(115.10×10^-6)和更小的孔隙率(0.20)，其激光损伤阈值较小(18.8 J/cm²)，损伤主要为溅射和应力破坏，而化学法制备的ZrO₂膜的损伤主要为剥层。理论上对实验结果进行了解释。     

溶胶-凝胶法MgF2紫外增透膜的制备和性能研究

 采用溶胶-凝胶法,以醋酸镁和氟化氢为原料,以甲醇为溶剂制备了MgF₂溶胶,利用浸渍提拉法在洁净石英基片上镀膜,考察了反应温度对溶胶微结构、薄膜结构和性能的影响。样品采用激光动态光散射、透射电镜、X射线粉体衍射仪、紫外-可见光谱仪、原子力显微镜进行表征。结果表明：通过该方法制备的表面平整的低折射率MgF₂薄膜,在紫外区具有很好的增透性能,同时在紫外波长355 nm激光的辐照下（脉宽6 ns）,薄膜具有较高的抗激光损伤性能,激光损伤阈值达10.85 J·cm^-2。     

ZrO2薄膜的改性与抗激光损伤研究

 采用水热合成技术，制备了ZrO₂胶体，用旋涂法镀制了单层ZrO₂介质膜以及添加了有机粘合剂PVP的复合ZrO₂-PVP薄膜。采用X射线衍射(XRD)、椭偏仪、红外分光光度计（FTIR）、原子力显微镜（AFM）等仪器对干凝胶及薄膜进行了性能测试和表征，并用输出波长为1.064 μm、脉宽为10 ns的电光调Q激光系统产生的强激光测试其激光损伤阈值。测得ZrO₂和ZrO₂-PVP薄膜在300 ℃热处理60 min后的激光损伤阈值分别为24.5 J/cm²和37.8 J/cm²。研究表明：添加有机粘合剂后的复合薄膜具有平整的表面结构；有机粘合剂的添加有助于提高薄膜的折射率和激光损伤阈值，其中，ZrO₂-PVP 复合薄膜的折射率可高达1.75，激光损伤阈值达到37.8 J/cm²，比ZrO₂单层膜的激光损伤阈值提高50%。     

储存环自由电子激光器与KrF激光驱动器的激光谐振腔光学膜系实验研究

惯性约束核聚变氟化氪激光驱动器与储存环自由电子激光器,虽然其激光产生机理完全不同,但是它们对于激光谐振腔光学膜系的要求却几乎完全相同.新研制的Al₂O₃/SiO₂/MgF₂“双氧化物+单氟化物”紫外光学膜系,在248nm中心波长处,它的光学透射率测量值为0.27%—0.71%,反射率的计算值为96.5%,其光谱带宽为22.6nm.在脉冲宽度为23ns的KrF激光照射下,它的抗激光损伤阈值达到(5.36±0.30)J/cm²,是可用于储存环紫外波长自由电子激光研究与数千焦耳数量级高能、高功率KrF激光驱动器研究的高破坏阈值紫外光学膜系.     

化学法制备的HfO2薄膜的激光损伤阈值研究

 采用化学法制备了HfO₂介质膜，研究了热处理、紫外辐照以及Al₂O₃复合对HfO₂介质膜激光损伤阈值的影响。采用红外光谱（FTIR）和X射线衍射仪对薄膜进行了表征，并用输出波长为1.064 μm、脉宽为10 ns的电光调Q激光系统测试薄膜的激光损伤阈值。实验结果表明：采用150 ℃左右的温度对薄膜进行热处理可以提高薄膜的激光损伤阈值，所获得的薄膜的激光损伤阈值高达42.32 J/cm²，比热处理前的激光损伤阈值提高了82%；无机材料Al₂O₃的适量添加能够提高薄膜的激光损伤阈值，其中HfO₂与Al₂O₃的最佳质量配比约为95∶5；另外，对薄膜进行适当的紫外辐照也可改善HfO₂ 薄膜以及HfO₂-Al₂O₃复合薄膜的抗激光损伤性能。紫外辐照对提高HfO₂-Al₂O₃复合薄膜的激光损伤阈值效果尤为显著，辐照40 min后的激光损伤阈值达到44.33 J/cm²，比紫外辐照前的激光损伤阈值提高了90%。     

旋涂法制备KDP晶体减反膜

对KDP晶体旋转涂膜过程中的技术问题进行了探讨,包括元件夹持安全性、膜层均匀性、膜层透射比、膜层疏水性能、膜层激光损伤阈值等。分析了晶体元件加速旋转阶段的受力情况,明确了KDP晶体元件在旋涂操作过程中受力状态的安全性。对不同溶剂体系的膜层均匀性进行了判断,在400 mm尺寸的元件上获得了透射比均匀性为0.3%的减反膜。对溶胶进行稳态剪切流变分析得知,在现有的涂膜转速 (对应剪切速率100~200 s-1)范围内,其粘度随着剪切速率的增加几乎不变,近似牛顿流体。在旋涂过程中,处于基底不同位置的溶胶的粘度大致相等,这是影响膜层均匀性的重要原因之一。膜层疏水性能较好,水接触角测试结果大于152。在SiO2基底上制备的减反膜,1053 nm处透射比大于99.8%。在熔石英基片上制备的三倍频减反膜样品的功能性激光损伤阈值约为10 J/cm2（355 nm, 3 ns）。     

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％.     

Mechanism for defect dependence of damage morphology in HfO2/SiO2 high reflectivity coating under nanosecond ultraviolet laser irradiation

High reflectivity coating is designed and fabricated with HfO₂/SiO₂ stacks. The laser-induced damage experiment is prepared by a third-order harmonic generation of Nd:YAG laser (355 nm, 8 ns). Typical damage micrographs are obtained using atomic force microscope (AFM) and scanning electron microscope (SEM). A theoretical model based on the thermal transfer is tried to describe the defect dependence of damage morphology. Three situations are considered in this model: single defect, couple defects and high absorption film. The calculated results show that the second situation agrees well with the experiment.     

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%。     

缓冲层对LBO晶体上1 064 nm|532 nm二倍频增透膜的激光损伤阈值的影响

采用电子束蒸发方法在LBO晶体上制备了无缓冲层和具有不同缓冲层的1 064 nm,532 nm二倍频增透膜.利用Lambda900分光光度计和调Q脉冲激光装置对样品的光学性能和抗激光损伤性能进行了测试分析.结果表明,所有样品在1 064 nm和532 nm波长的剩余反射率都分别小于0.1％和0.2％.与无缓冲层样品相比,采用SiO2和MgF2缓冲层薄膜的激光损伤阈值分别提高了23.1％和25.8％,而Al2O3缓冲层的插入却导致薄膜的激光损伤阈值降低.通过观察薄膜的激光损伤形貌,分析破斑的深度信息和电场分布,表明LBO晶体上1 064 nm,532 nm二倍频增透膜的激光损伤破坏主要表现为膜层剥落,激光产生的热冲击应力使薄膜应力发生很大变化,超过膜层之间的结合而引起膜层之间的分离.采用SiO2或MgF2缓冲层可改进Al2O3膜层的质量,从而有利于提高薄膜的激光损伤阈值.     

缓冲层对LBO晶体上1 064 nm,532 nm二倍频增透膜的激光损伤阈值的影响

采用电子束蒸发方法在LBO晶体上制备了无缓冲层和具有不同缓冲层的1 064 nm,532 nm二倍频增透膜.利用Lambda900分光光度计和调Q脉冲激光装置对样品的光学性能和抗激光损伤性能进行了测试分析.结果表明,所有样品在1 064 nm和532 nm波长的剩余反射率都分别小于0.1%和0.2%.与无缓冲层样品相比,采用SiO2和MgF2缓冲层薄膜的激光损伤阈值分别提高了23.1%和25.8%,而Al2O3缓冲层的插入却导致薄膜的激光损伤阈值降低.通过观察薄膜的激光损伤形貌,分析破斑的深度信息和电场分布,表明LBO晶体上1 064 nm,532 nm二倍频增透膜的激光损伤破坏主要表现为膜层剥落,激光产生的热冲击应力使薄膜应力发生很大变化,超过膜层之间的结合而引起膜层之间的分离.采用SiO2或MgF2缓冲层可改进Al2O3膜层的质量,从而有利于提高薄膜的激光损伤阈值.     

HfO_2单层膜的吸收和激光损伤阈值测试

薄膜吸收是降低膜层激光损伤阈值的重要原因,为了研究薄膜吸收对激光损伤阈值的影响,对HfO2单层膜在1 064 nm处的吸收及其在不同波长激光辐照下的损伤阈值进行了测试和分析。研究结果表明:薄膜的激光损伤阈值由薄膜吸收平均值(决定于薄膜中缺陷的种类和数量)和吸收均匀性(决定于薄膜中缺陷的分布)共同决定;根据HfO2单层膜在1064 nm波长处的吸收值,不但可以定性判断薄膜在1 064 nm波长,而且还可以判断在其它波长激光辐照下的抗激光损伤能力。     

氧化物薄膜抗1064nm脉冲激光损伤的特性研究

对向种氧化物介质膜料的单层膜、增透膜及高反膜的激光损伤特性进行了实验研究,分别测试了单脉冲和多脉冲１０６４ｎｍ激光的损伤阈值,分析和讨论了实验的物理现象及其结果。研究表明ＳｉＯ２、Ｇｄ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３具有激光损伤阈值高、损伤程度轻的特点,特别对１０Ｈｚ激光而言,更是明显;增透膜及高反膜加λ／２层ＳｉＯ２对其激光损伤程度和损伤几率。     

Analysis of the spatial filter of a dielectric multilayer film reflective cutoff filter-combination device

The experiment setup of a reflecting combination device, which has more advantages than a transmitting combination device, is designed in this study. To achieve angular spectrum selectivity, only one type of reflective component is needed,so difficulties of design and preparation are reduced. A dielectric multilayer film is applied to the reflective component, and the long wave-pass coating stacks of the structure are designed. To achieve high stopband transmittance and reduce electric field intensity at a wavelength of 1053 nm, an objective function is proposed for designing an optimized coating. The final optimized coating has good spectral characteristics and a high laser-induced damage threshold. A dielectric multilayer film with high reflectance plays an important role in preparing and applying a dielectric multilayer film reflecting cutoff filter-combination device.     

Expedited laser damage profiling of KDxH(2-x)PO4 with respect to crystal growth parameters

We investigate the laser-induced damage resistance at 355 nm in deuterated potassium dihydrogen phosphate (DKDP) crystals grown with varying growth parameters, including speed of growth and temperature. The aim is to explore a new expedited method to study the growth parameters affecting the laser-induced damage resistance in DKDP material to obtain crystals with enhanced performance.