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%。     

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％。     

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.     

高损伤阈值三倍频分离膜

 设计了Nd：YAG激光用三倍频分离膜,膜层材料为SiO₂和HfO₂。经过优化,膜系在355 nm处的反射率在99%以上,在532 nm和1 064 nm处透射率也在99%以上。采用电子束蒸发技术,在熔融石英基底上制备了样品,经测量,制备的分离膜光学性能与设计值接近。分离膜在355 nm激光辐照下的损伤阈值为5.1 J/cm²,并用微分干涉显微镜表征了薄膜损伤形貌。     

不同波长激光同时辐照薄膜热效应研究

通过分析两个不同波长激光同时辐照下薄膜体内驻波场分布并求解热传导方程,得到1 064 nm激光和355 nm激光在三倍频分离膜内共同作用下二维温度场分布.研究表明：1 064 nm激光和355 nm激光共同作用引起薄膜体内的温升峰值高于相同能量1 064 nm激光单独作用引起的薄膜体内的温升峰值,低于相同能量355 nm激光单独作用引起的薄膜体内的温升峰值.     

不同波长激光同时辐照薄膜热效应研究

通过分析两个不同波长激光同时辐照下薄膜体内驻波场分布并求解热传导方程,得到1 064 nm激光和355 nm激光在三倍频分离膜内共同作用下二维温度场分布.研究表明:1 064 nm激光和355 nm激光共同作用引起薄膜体内的温升峰值高于相同能量1 064 nm激光单独作用引起的薄膜体内的温升峰值,低于相同能量355 nm激光单独作用引起的薄膜体内的温升峰值.     

可见光波段及1 064 nm波长处用于Glan-Taylor棱镜减反射膜

为了提高Glan-Taylor棱镜的透射率,研究了Glan-Taylor棱镜在可见光波段及1 064 nm波长处减反射膜膜的设计和制备.为提高薄膜和冰洲石晶体的附着力,采用沉积Al2O3为过渡层,ZrO2作缓冲层的方法,用单纯形优化的方法进行膜系优化设计.用电子束沉积和离子束辅助沉积的方法制备了多层减反射膜,并采用石英晶体振荡法监控膜厚和沉积速率.测量结果表明,在可见光波段及1 064 nm波长处的剩余反射率均小于0.5%经测试薄膜与冰洲石晶体的附着力性能良好.     

钛酸镧薄膜在1064nm/532nm波长激光辐照下的光学特性

采用热蒸发沉积技术制备了钛酸镧(H4)薄膜,研究了1 064nm和532nm波长激光诱导辐照处理后的薄膜折射率、消光系数、激光损伤阈值和损伤过程变迁.结果表明:采用不同波长的激光辐照H4薄膜后,会使其折射率升高,但升高的幅度不大.用1 064nm的激光辐照处理,可将H4膜的激光损伤阈值从10.2J/cm~2提高到15.7J/cm~2(5脉冲辐照),而532nm激光辐照对样品损伤阈值的提高效果不明显.同一样片,1 064nm激光的损伤阈值远远高于532nm的激光损伤阈值.1064nm激光辐照下,H4薄膜经历了轻微损伤、轻度损伤、重度损伤和极度损伤四个缓慢演变的阶段.而532nm激光辐照下,H4薄膜从未损伤到损伤是一个突变的过程,经历了重度损伤和极度损伤的演变阶段.     

缓冲层对LBO晶体上1 064 nm，532 nm增透膜附着力的影响

 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。利用分光光度计、纳米力学综合测试系统以及调Q脉冲激光装置对样品的光学性能、附着力以及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,预镀Al₂O₃缓冲层样品的附着力提高了43.1％,具有SiO₂缓冲层样品的附着力显著提高,而MgF₂缓冲层的插入却导致薄膜附着力降低。应用全塑性压痕理论和剪切理论对薄膜的附着力增强机制进行了分析。薄膜的抗激光损伤性能分析表明,SiO₂缓冲层也有助于改进薄膜的激光损伤阈值。     

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.     

离子束溅射制备低应力深紫外光学薄膜

采用离子束溅射制备了Al F3、Gd F3单层膜及193 nm减反和高反膜系,分别使用分光光度计、原子力显微镜和应力仪研究了薄膜的光学特性、微观结构以及残余应力。在优选的沉积参数下制备出消光系数分别为1.1×10~(-4)和3.0×10~(-4)的低损耗AlF_3和GdF_3薄膜,对应的折射率分别为1.43和1.67,193 nm减反膜系的透过率为99.6%,剩余反射几乎为零,而高反膜系的反射率为99.2%,透过率为0.1%。应力测量结果表明,AlF_3薄膜表现为张应力而GdF_3薄膜具有压应力,与沉积条件相关的低生长应力是AlF_3和GdF_3薄膜残余应力较小的主要原因,采用这两种材料制备的减反及高反膜系应力均低于50 MPa。针对平面和曲率半径为240 mm的凸面元件,通过设计修正挡板,250 mm口径膜厚均匀性均优于97%。为亚纳米精度的平面元件镀制193 nm减反膜系,镀膜后RMS由0.177 nm变为0.219 nm。     

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。     

4H-SiC基底Al_2O_3/SiO_2双层减反射膜的设计和制备

在4H-SiC基底上设计并制备了Al2O3SiO2紫外双层减反射膜,通过扫描电镜(SEM)和实测反射率谱来验证理论设计的正确性.利用编程计算得到Al2O2和SiO2的最优物理膜厚分别为42.0 nm和96.1 nm以及参考波长λ=280 nm处最小反射率为0.09%.由误差分析可知,实际镀膜时保持双层膜厚度之和与理论值一致有利于降低膜系反射率.实验中应当准确控制SiO2折射率并使Al2O3折射率接近1.715.用电子束蒸发法在4H-SiC基底上淀积Al2O3SiO2双层膜,厚度分别为42 nm和96 nm.SEM截面图表明淀积的薄膜和基底间具有较强的附着力.实测反射率极小值为0.33%,对应λ=276 nm,与理论结果吻合较好.与传统SiO2单层膜相比,Al2O3SiO2双层膜具有反射率小,波长选择性好等优点,从而论证了其在4H-SiC基紫外光电器件减反射膜上具有较好的应用前景.