HfO_2/SiO_2高反膜、增透膜及偏振膜的1064nm激光损伤特性

高反膜、增透膜和偏振膜是Nd∶YAG激光器中的关键薄膜元件 ,其抗激光损伤能力直接影响到激光器的输出能量和功率。由于优异的物理化学性能 ,高功率Nd∶YAG激光器的光学薄膜一般采用HfO2 /SiO2 膜料组合镀制 ,因而用此膜料镀制的光学薄膜的激光损伤特性是薄膜工作者重点关注的问题。对光学中心APS15 0 4镀膜机镀制的HfO2 /SiO2 高反膜、增透膜和偏振膜等开展了 10 64nm的激光损伤实验研究 ,用 2 0 0倍的Normaski显微镜详细分析了高反 ,增透和偏振膜的激光损伤图貌 ,发现对于脉宽为 10ns波长的 10 64nm的激光而言 ,高反膜基本表现为孔洞和等离子体烧蚀疤痕 ,孔洞是由薄膜中的节瘤 (nodular)缺陷的激光损伤引起的 ,损伤的能流密度较低 ,为薄膜的零损伤阈值密度。疤痕为薄膜的激光等离子体烧伤引起的 ,尺寸大小与激光能量密度成近似正比。增透膜一般为双面镀 ,分前后膜堆两种情况 ,前膜堆表现为孔洞和疤痕 ,与高反膜相似 ;后膜堆为孔洞型的小圆麻点聚积 ,麻点处的薄膜完全剥落 ,没有疤痕等烧伤痕迹 ,是激光在基片之间形成的驻波电场损毁 ,损伤阈值比前膜堆低 1 5倍 ,决定着增透膜的损伤阈值。偏振膜的低能量密度损伤与增透膜后膜堆相似 ,表现为孔洞型小麻点聚积 ,损伤处未见疤痕等烧蚀痕迹。对薄膜小尺度损?     

SiO2半波覆盖层对HfO2／SiO2高反射膜激光损伤的影响

研究了SiO2半波覆盖层对HfO2／SiO2高反射膜1064nm激光损伤的影响,分析薄膜的激光损伤特性及图貌得出-对于单脉冲(1-ON-1)激光损伤,SiO2半波覆盖层能提高HfO2／SiO2高反射膜的激光损伤厨值,可显著降低激光损伤程度,减小灾难性损伤发生的概率,可大幅度提高FIfO2／SiO2高反射膜的抗激光损伤能力。     

SiO_2半波覆盖层对HfO_2/SiO_2高反射膜激光损伤的影响

研究了 Si O2 半波覆盖层对 Hf O2 /Si O2 高反射膜 1 0 64nm激光损伤的影响 ,分析薄膜的激光损伤特性及图貌得出 ,对于单脉冲 ( 1 -ON-1 )激光损伤 ,Si O2 半波覆盖层能提高 Hf O2 /Si O2 高反射膜的激光损伤阈值 ;可显著降低激光损伤程度 ,减小灾难性损伤发生的概率 ;可大幅度提高 Hf O2 /Si O2 高反射膜的抗激光损伤能力     

溶胶-凝胶ZrO_2/SiO_2薄膜的激光损伤研究

采用溶胶-凝胶工艺分别制备了SiO2和ZrO2单层薄膜、ZrO2/SiO2双层膜以及ZrO2/SiO2多层高反膜。用输出波长为1064nm、脉宽为6.3ns的YAG激光器对薄膜进行了激光损伤实验。观察了薄膜经强激光辐照后的损伤情况,讨论了薄膜的激光损伤行为,并从理论上分析了产生这些损伤的原因,为进一步镀制高质量的ZrO2/SiO2多层高反膜提供了依据。     

中红外光参变振荡器在高反射率测量中的应用

根据光腔衰荡光谱技术(CRDS)原理,使用中红外光参变振荡器(OPO)为光源建立了直腔与折叠腔相结合的中红外波段3.6 μm 反射率测量实验装置,用于研究中红外波段的高反射膜反射率,测试精度为10-4。使用直型衰荡光腔测试了三对不同薄膜材料设计镀制的高反射腔镜的反射率,并选择了一对腔镜用于实验装置中。采用该装置精确测试了不同薄膜材料镀制的高反射膜的反射率,包括YbF3/ZnS,YbF3 /ZnSe多层膜,以及由银加保护膜镀制的反射镜。研究表明,中红外波段介质膜的反射率可达到R>0.9990,其中由YbF3/ZnSe镀制在硅基底上的多层介质膜3.6 μm反射率可达到99.96％。     

波长1O64nm脉冲激光高阈值反射膜的研制

研究 Ｈｆ Ｏ２／ Ｓｉ Ｏ２ 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 Ｈｆ Ｏ２、反应离子辅助蒸镀 Ｈｆ Ｏ２、反应离子辅助蒸镀金属 Ｈｆ 的源材料形成 Ｈｆ Ｏ２ 薄膜。采用这三种工艺制备了 Ｈｆ Ｏ２ ／ Ｓｉ Ｏ２ 高反射膜,在中心波长 １０６４ｎｍ 处,反射率 Ｒ≥９９．５％ ,其中反应蒸镀 Ｈｆ Ｏ２ ／ Ｓｉ Ｏ２ 高反射膜损伤阈值最高,可达 ６０ Ｊ／ｃｍ ２（１０６４ｎｍ ,５ｎｓ）。     

溶胶-凝胶法制备高折射率TiO2薄膜

 采用溶胶- 凝胶法制备了TiO₂纳米晶溶胶,并以旋涂法（spin-coating）镀制了高折射率光学薄膜。借助光散射技术和透射电镜研究了溶胶的微结构。采用原子力显微镜、场发射扫描电镜、紫外-可见-近红外光谱仪、椭偏仪、漫反射吸收光谱及强激光辐照实验,对膜层的结构、光学性能及抗激光损伤性能进行了系统的表征。结果显示:纳米晶薄膜的折射率达到了1.9,而传统的溶胶-凝胶薄膜折射率只有1.6;同时纳米晶薄膜的抗激光损伤阈值与传统的溶胶-凝胶薄膜相差不大,在1 064 nm处分别为16.3 J/cm²(3 ns脉冲) 和16.6 J/cm²(3 ns脉冲);纳米晶溶胶薄膜可以在保持较高抗激光损伤阈值情况下,大幅度提高薄膜折射率。     

光纤激光器光学膜设计与制备

针对激光在传输过程中的光能损失,本文根据光学薄膜理论,设计制备了减反射膜和抗激光的高反射膜,并对激光膜的镀膜材料、膜系设计、沉积工艺及离子辅助沉积等参数进行了深入研究。研究结果表明,制备的减反膜的反射率<0.2%,激光以25°～65°入射时高反射膜的反射率>99.7%。对50μm光纤和K9玻璃镀膜前后的输出功率测试显示多模光纤的功率平均提高了50%,而K9玻璃的反射功率提高到99.85%;另外,制备的光纤激光器光学膜有效地提高了激光损伤阈值,解决了低温冷镀的膜层牢固性问题。     

高损伤阈值激光薄膜的制备方法

近年来,随着大功率、高能量激光系统的不断发展,光学薄膜的抗激光能力成为制约激光系统高质量发展的瓶颈之一。基于不同的制备方法及工艺参数会对薄膜的损伤阈值产生重要的影响,就薄膜镀制前、镀制中以及镀制后三个方面对提高损伤阈值的方法进行综述,其中包括膜料优选、膜系设计、溶剂清洗、离子束清理、制备方法、离子束后处理、激光后处理等内容。     

TiO2/Al2O3薄膜的原子层沉积和光学性能分析

采用原子层沉积技术在熔石英和BK7玻璃基片上镀制了TiO2/Al2O3薄膜,沉积温度分别为110℃和280℃。利用X射线粉末衍射仪对膜层微观结构进行了分析研究,并在激光损伤平台上进行了抗激光损伤阈值测量。采用Nomarski微分干涉差显微镜和原子力显微镜对激光损伤后的形貌进行了观察分析。结果表明,采用原子层沉积技术镀制的TiO2/Al2O3增透膜的厚度均匀性较好,Φ50 mm样品的膜层厚度均匀性优于99%;光谱增透效果显著,在1 064 nm处的透过率〉99.8%;在熔石英和BK7基片上,TiO2/Al2O3薄膜在110℃时的激光损伤阈值分别为（6.73±0.47）J/cm2和（6.5±0.46）J/cm2,明显高于在280℃时的损伤阈值。     

半导体激光器腔面增透膜AIN薄膜的制备

提出了一种新的半导体激光器增透膜——A1N膜,并用matlab软件模拟分析了不同腔面反射率对激光器输出功率的影响,得到激光器最大输出功率时前后腔面的反射率的最佳值.采用反应磁控溅射技术,利用高纯铝靶(99.999％)和N2+ Ar的混合气体在K9玻璃基片上沉积了AlN薄膜.利用Filmetrics系统对薄膜进行光学性能...     

光学玻璃基底原子层同质材料沉积薄膜光谱及激光诱导损伤特性研究

通过原子层沉积技术在熔石英玻璃表面制备了同质材料的单层SiO₂薄膜,对光学薄膜的物理化学性质和强激光辐照下的激光诱导损伤性能进行了深入研究。实验中采用双叔丁基氨基硅烷（BTBAS）和臭氧（O₃）作为反应前驱体,在熔石英光学元件表面进行了SiO₂薄膜的原子层沉积工艺研究,以不同沉积温度条件制备了一系列膜样品。首先对原子层沉积特性和薄膜均匀性展开了研究,发现薄膜生长厚度与沉积循环次数之间符合线性生长规律,验证了制备薄膜的原子级逐层生长特性,并且表面沉积膜层的均匀性很好,其测得膜厚波动不超过2%。然后针对不同温度条件下沉积的SiO₂薄膜,对其粗糙度及各类光谱特性展开了研究,对比结果表明：样品的表面粗糙度在镀膜后有轻微的降低;薄膜样品在200～1 000 nm范围内具有出色的透过率,均超过90%并逐渐趋近于93.3%,且其透射光谱与在裸露熔石英衬底上测得的光谱没有明显差异;镀膜前后荧光光谱和傅里叶变换红外光谱的差异证实了原子层沉积SiO₂膜中点缺陷（非桥键氧、氧空位、羟基等）的存在,这将会影响薄膜耐损伤性能。最后对衬底和膜样品进行了紫外激光诱导损伤测试,损伤阈值的变化表明熔石英元件表面沉积薄膜后的激光损伤性能有所降低,其零概率损伤阈值从31.8 J·cm-2减小到20 J·cm-2左右,与光谱缺陷情况表征相符合。薄膜中点缺陷部位会吸收紫外激光能量,导致局域温度升高,进而出现激光诱导损伤现象并降低抗激光损伤阈值。在选定的沉积温度范围内,较高温度条件下沉积的SiO₂薄膜其激光诱导损伤性能更好,可以控制沉积温度条件使得元件的抗损伤性能更为接近衬底本身,后续有望通过其他反应参数的优化来获得薄膜抗损伤性能的进一步提升。     

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%。     

双离子束溅射沉积HfO­­2光学薄膜的研究

 用双离子束溅射沉积氧化铪光学薄膜，并对此工艺下制备的氧化铪薄膜进行了光学性质、残余应力、结构特性以及激光损伤特性的研究。实验结果表明，用双离子束溅射沉积的氧化铪薄膜不仅结构均匀,膜层致密,无定形结构，而且具有极低的散射和吸收,均匀的非晶结构,杂质缺陷少,激光损伤阈值高。     

Experimental research of laser-induced damage of the monolayer ZrO2 PVD and sol–gel films

Monolayer zirconia physical vapor deposition (PVD) and sol–gel films on K9 glass substrates were prepared by electron beam evaporation and spin coating methods, respectively. The laser-induced damage threshold (LIDT) of each film was measured. Properties of the films were analyzed using Stanford photo-thermal solutions (SPTS), ellipsometry, atomic force microscopy (AFM) and optical microscopy to study the damage mechanism of films under laser irradiation. The experimental results showed that, compared with the monolayer zirconia sol–gel film, the monolayer zirconia PVD film had larger absorption and smaller porous ratio, and that it had smaller LIDT. The different damage morphologies of films were influenced by their different absorption and microstructure characteristics. The zirconia sol–gel film is more suitable for applications involving high-power lasers.     

横向电场下的类金刚石薄膜激光损伤

类金刚石(DLC)薄膜在红外区有很高的透过率,但激光损伤阈值低,严重限制了其应用领域。采用直接在DLC薄膜上沉积Ti电极,基于激光损伤阈值(LIDT)测试平台,用1-on-1零几率损伤法,研究了在不同偏置电场下DLC薄膜损伤阈值及损伤形貌的变化。发现电场强度从0增加到700V/cm,损伤阈值明显增大;进一步增大偏置电场,损伤阈值相对不变。分析认为偏置电场改变了激光辐照DLC薄膜区域的光生载流子漂移速度,减小了DLC薄膜的局部热累积,减缓了薄膜的石墨化进程,提高了DLC薄膜的抗激光损伤阈值。     

光纤激光器光学膜设计与制备

针对激光在传输过程中的光能损失,本文根据光学薄膜理论,设计制备了减反射膜和抗激光的高反射膜,并对激光膜的镀膜材料、膜系设计、沉积工艺及离子辅助沉积等参数进行了深入研究.研究结果表明,制备的减反膜的反射率＜O.2%,激光以25°～65°入射时高反射膜的反射率＞99.7%.对50μm光纤和K9玻璃镀膜前后的输出功率测试显示...     

双离子束溅射沉积薄膜的光学特性与激光损伤研究

对氧化物薄膜的双离子束溅射沉积作用了系统地实验研究。考察了离子束溅射工艺参数对薄膜光学特性的影响。制备了折射率接近于块材料的ＴｉＯ２和ＺｒＯ２薄膜，显著降低了ＴｉＯ２，ＺｒＯ２和ＳｉＯ２薄膜的光吸收损耗，ＴｉＯ２和ＺｒＯ２薄膜的抗激光损伤阈值得到显著提高。用双离束溅射沉积１．０６μｍ多层高反，是到了大于９９．５％的高反射率，经高温退火处理的双离子束溅射沉积高反膜的抗激光损伤阈值同热蒸发沉积的高反膜     

退火对ZrO2薄膜微结构及激光损伤阈值的影响

利用电子束蒸发方法在Yb∶YAG晶体和熔融石英衬底上沉积单层ZrO2薄膜，分别在673 K和1 073 K的温度下经过12 h退火以后，通过X射线衍射（XRD）分析了薄膜晶相，计算了薄膜的晶粒尺寸;利用表面热透镜技术获得了薄膜的吸收；测量了退火后薄膜的激光损伤阈值。实验结果表明:两种衬底上的薄膜结构受到退火温度和衬底表面结构的影响，高温退火有利于单斜相的形成，含单斜相的ZrO2薄膜具有较高的激光损伤阈值，而由于衬底的吸收，Yb∶YAG晶体上薄膜的损伤阈值远小于石英衬底上薄膜的损伤阈值。     

杂质对溶胶-凝胶SiO2薄膜激光损伤的影响

 采用溶胶-凝胶法制备了含有吸收性杂质和非吸收性杂质的SiO₂增透膜,采用波长为1 064 nm的激光对其进行了小光斑激光预处理,对比研究了预处理前后的激光损伤差异,研究表明：激光预处理对于洁净的SiO₂薄膜影响不大;含10 μm SiO₂颗粒杂质的样品微透镜效应很明显,容易成为损伤起始的种子,激光预处理后情况有所改善;含有CeO₂颗粒杂质的样品表现出了很强的吸收性质,损伤阈值降低到不足洁净样品的一半。所有样品激光预处理后损伤形貌未发生变化,透光率峰值均有约50 nm的蓝移。