氧分压对ZrO2薄膜激光损伤阈值的影响

 在不同的氧分压下用电子束热蒸发的方法制备了ZrO₂薄膜。分别通过X射线衍射、光学光谱、热透镜技术、抗激光辐照等测试，对所制备样品的微结构、折射率、吸收率及激光损伤阈值进行了测量。实验结果表明，薄膜中晶粒主要是四方相为主的多晶结构，并且随着氧分压的增加，结晶度、折射率以及弱吸收均逐渐降低。薄膜的激光损伤阈值开始随着氧分压增加从18.5J/cm²逐渐增加，氧分压为9×10^-3Pa时达到最大，值为26.7 J/cm²，氧分压再增加时则又降低到17.5 J/cm²。由此可见，氧分压引起的薄膜微结构变化是ZrO₂薄膜激光损伤阈值变化的主要原因。     

实时测量308 nm 激光对薄膜的损伤阈值

 用散射光法, 建立了一套实时监视与测量308nm 激光对全反膜和增透膜的损伤的实验装置。实时观察到了损伤从起始、加深直至饱和的整个过程的波形。用这一装置测量了全反膜和增透膜在308nm 激光作用下的损伤阈值。测得全反膜在0°与45°入射角时的损伤阈值分别为1.7与1.0J/cm²。而增透膜的阈值为1.3J/cm²。     

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。     

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。     

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。     

CO2激光和等离子体清洗提高石英基片损伤阈值

 采用连续CO₂激光和真空等离子体相结合的方法对石英基片进行清洗。通过光学显微图、水接触角、透过率和损伤阈值测量分别表征了CO₂激光和等离子体对真空硅脂蒸发物污染过的石英基片的清洗效果。研究表明：对于真空硅脂蒸发物污染后的石英基片，可以先采用低能量的CO₂激光进行大面积清洗，再用真空等离子体进行精细清洗。光学显微图像表明：清洗后的基片表面的油珠被清除干净；水滴接触角由63°下降到4°；在400 nm附近，基片透过率由92.3%上升到93.3%；损伤阈值由3.77 J/cm²上升到5.09 J/cm²。     

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%。     

CCD在fs激光辐照下的损伤研究

 用脉宽为60 fs、波长为800 nm的 fs激光辐照电荷耦合器件，研究了电荷耦合器件在fs激光作用下的失效问题。实验得到fs激光作用下电荷耦合器件的失效阈值为4.22×10^－3 J/cm²。这比ns激光作用下电荷耦合器件的损伤阈值低2～3个量级。对该器件进行显微观测，在光敏元上没有发现损伤，但在器件的栅极上发现了明显的激光引起的损伤痕迹。     

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%。     

飞秒激光激发空气电离的阈值研究

报道在脉宽50fs—22ps，波长800nm脉冲激光作用下的空气电离阈值的研究结果.利用探测等离子体发光信号的方法，实验测量了激发空气电离所需的阈值激光强度.结果表明，当激光脉冲宽度从50fs增加到22ps时，阈值光强I_th从8.7×10¹⁴W/cm²下降到2.7×10¹³W/cm²；I_th经历了由迅速降低逐渐发展为缓慢降低的过程.在50fs—1p     

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。     

两种后处理方法对HfO2薄膜性能的影响

利用电子束蒸发和光电极值监控技术制备了氧化铪薄膜,并分别用两种后处理方法(空气中退火和氧等离子体轰击)对样品进行了处理.然后,对样品的透过率、吸收和抗激光损伤阈值进行了测试分析.实验结果表明,两种后处理方法都能不同程度地降低了氧化铪薄膜的吸收损耗、提高了抗激光损伤阈值.实验结果还表明,氧等离子体轰击的后处理效果明显优于热退火,样品的吸收平均值在氧等离子体后处理前后分别为34.8 ppm和9.0 ppm,而基频(1 064 nm)激光损伤阈值分别为10.0 J/cm2和21.4 J/cm2.     

Study on high-reflective coatings of different designs at 532 nm

Conventional HfO2/SiO2 and Al2O3/HfO2/SiO2 double stack high reflective （HR） coatings at 532 nm are deposited by electron beam evaporation onto BK7 substrates. The laser-induced damage threshold （LIDT） of two kinds of HR coatings is tested, showing that the laser damage resistance of the double stack HR coatings （16 J/cm2） is better than that of the conventional HR coatings （12.8 J/cm2）. Besides, the optical properties, surface conditions, and damage morphologies of each group samples are characterized. The results show that laser damage resistance of conventional HR coatings is determined by absorptive defect, while nodular defect is responsible for the LIDT of double stack HR coatings.     

高功率脉冲电子束辐照SiO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;的光学和激光损伤性能

研究了不同剂量的60 kW高功率脉冲电子束辐照对高纯熔石英玻璃的微观结构、光学性能和激光损伤特性的影响规律. 光学显微图像表明, 辐照后熔石英样品由于热效应导致表面破裂, 裂纹密度和尺寸随辐照剂量增加而增大, 采用原子力显微镜分析表面裂纹的微观形貌, 裂纹宽度约1 um, 同时样品表面分布着大量尺寸约0.1–1μm的碎片颗粒. 吸收光谱测试表明, 所有样品均在394 nm处出现微弱的吸收峰, 吸收强度随着电子束辐照剂量增大呈现先增加后减小的趋势. 荧光光谱测试发现辐照前后样品均有3个荧光带, 分别位于460, 494和520 nm, 荧光强度随辐照剂量的变化趋势与吸收光谱一致. 利用355 nm激光研究了不同剂量电子束辐照对熔石英激光损伤阈值的影响, 结果表明熔石英的损伤阈值随着辐照剂量的增加而降低. 在剂量较低时, 导致熔石英激光损伤阈值下降的原因主要是色心缺陷; 剂量较高时, 导致损伤阈值降低的原因主要是样品表面产生的大量微裂纹和碎片颗粒对激光的调制和吸收. 关键词： 熔石英 电子束辐照 色心 激光损伤阈值     

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）。     

Overcoat dependence of laser-induced damage threshold of 355 nm HR coatings

A series of HR coatings, with and without overcoat, were prepared by electron beam evaporation using the same deposition process. The laser-induced damage threshold (LIDT) was measured by a 355 nm Nd:YAG laser with a pulse width of 8 ns. Damage morphologies of samples were observed by Leica-DMRXE Microscope. The stress was measured by viewing the substrate deformation before and after coatings deposition using an optical interferometer. Reflectance of the samples was measured by Lambda 900 Spectrometer. The theoretical results of electric field distributions of the samples were calculate by thin film design software (TFCalc). It was found that SiO₂ overcoat had improved the LIDT greatly, while MgF₂ overcoat had little effect on the LIDT because of its high stress in the HR coatings. The damage morphologies were different among HR coatings with and without overcoats.     

Calculation of temperature fields with a film-substrate interfacial layer model to discuss the layer-pair number effects on the damage thresholds of LaF3/MgF2 high reflectors at 355 nm

Laser induced damage thresholds (LIDT) of LaF₃/MgF₂ high reflectors at 355 nm were measured and investigated as a function of layer-pair number. Generally, LaF₃/MgF₂ coatings with more layer pairs possessed higher LIDT, but coatings with too high layer-pair number crazed because of high tensile stress, so the LIDT of them decreased badly. The temperature rise in the coatings was calculated based on a film-substrate interfacial absorption model, and the depth of the damage in the coatings were measured by a Veeco optical profilograph. The two characterization methods together were used to interpret the effects of layer-pair number on LIDT, and the damage mechanism of coatings at laser wavelength of 355 nm was also discussed.     

一种大入射角容差宽带薄膜偏振器

通过组合长波通和短波通膜堆的方法,设计并制备了一种大入射角容差宽带薄膜偏振器。该薄膜为HfO_2/SiO_2结构,采用无离子束辅助的电子束蒸发工艺,蒸发金属铪和SiO_2制得。对该膜的透射率光谱、激光损伤阈值和形貌进行了研究,结果显示其不仅在1044~1084 nm波段内都具有很高的对比度,而且在1064 nm波长、53°~60°的入射角范围内具有很大的消光比和激光损伤阈值,且损伤特性基本不随入射角变化。该偏振器的P光损伤阈值约为20 J/cm~2,损伤主要由基板与薄膜界面处的纳米级缺陷所引起;S光损伤阈值约为45 J/cm~2,损伤主要由激光辐照下薄膜表面的等离子烧蚀现象引起。     

Influence of substoichiometer on the laser-induced damage characters of HfO2 thin films

HfO₂ is one of the most important high refractive index materials for depositing high power optical mirrors. In this research, HfO₂ thin films were prepared by dual-ion beam reactive sputtering method, and the laser-induced damage thresholds (LIDT) of the sample were measured in 1-on-1 mode for laser with 1064 nm wavelength. The results indicate that the LIDT of the as-grown sample is only 3.96 J/cm², but it is increased to 8.98 J/cm² after annealing under temperature of 200 °C in atmosphere. By measuring the laser weak absorption and SIMS of the samples, we deduced that substoichiometer is the main reason for the low LIDT of the as-grown sample, and the experiment results were well explained with the theory of electronic-avalanche ionization.