人工吸收杂质诱导增透膜损伤阈值研究

为研究杂质大小对增透膜激光损伤阈值(LIDT)影响,利用光刻技术在熔石英基底表面设置厚度为100nm不同直径大小的柱状金属Al“杂质吸收点”,然后在此基础上沉积增透膜。通过Comsol模拟仿真了解损伤过程,并利用532nm纳秒激光器进行阈值测试,对实验数据与样品损伤形貌进行分析,结果表明杂质直径为50um、100um、200um、300um、400um的薄膜损伤阈值分别为18.93J/cm²,18.62J/cm²,17.11J/cm²,15.28J/cm²,13.47J/cm²,呈非线性下降,“杂质吸收点”吸收光能产生热量,传导于增透膜层后产生的轴向热应力超过了薄膜的拉伸强度是膜层损伤的主因。     

采用放大的自发辐射光源测试光学薄膜的损伤阈值

提出了一种精确评估光学薄膜损伤阈值的方法。放大的自发辐射(ASE)光源由于时间相干性和空间相干性较差,所以在近场区域光场强度分布均匀,聚焦后远场也没有被非均匀调制。采用ASE光束作为光学元件损伤阈值测试的辐照光源,可以提高辐照光源的均匀度,实现对光学薄膜损伤阈值的精确评估。ASE光源由神光II高功率激光装置的一级钕玻璃棒状放大器输出,脉宽经过光电开关调制后为9ns,能量输出在几毫焦耳到几十焦耳范围内可调节,光谱半峰全宽(FWHM)为1nm。根据标准ISO-11254,实验获得ASE测试TiO2高反膜的损伤阈值为15.1J/cm2,高于激光测试样品的损伤阈值7.4J/cm2(脉宽为9ns时),更准确地评估了样品的损伤阈值。     

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.     

脉宽压缩光栅用多层膜制备和性能测试

给出了以413 nm作为写入波长,1053 nm作为使用波长的多层介质光栅膜的设计,计算表明膜系H3L(H2L)^9H0.5L2.03H满足光栅膜的要求.最后给出了制备得到的样品光学特性测试,结果表明在使用波长和曝光波长处满足设计要求,其抗激光损伤阈值在光正入射和51.2°入射时分别为14.14 J/cm2和9.32 J/cm2,膜系的应力表现为压应力.     

三种不同波长的激光对熔石英损伤行为的对比研究

利用SAGA激光器,输出脉宽为7．2ns、波长分别为1064nm、532nm、355nm的基频光和倍频光,对相同类型的5块石英基片用R：1的方法分别测量了其损伤阂值,对比不同波长激光对石英材料的损伤行为差异。得出其损伤阈值在三种不同波长激光作用下分别为：46．78J／cm^2、13．4J／cm^2、9．28J／cm^2;并利用尼康E600W光学显微镜对三种不同波长激光造成的损伤形貌进行了观察,结合当前光学材料的损伤机理,对比得出倍频激光对石英基片的损伤破坏能力远大于基频光,且对石英材料的损伤机理主要表现为多光子吸收导致的雪崩电离破坏,而基频光的损伤多为表面缺陷及杂质引起的热破坏的结论。     

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。     

溶胶-凝胶ZrO2-TiO2高折射率光学膜层的抗激光损伤性能研究

采用溶胶-凝胶方法制备了ZrO2-TiO2(Ti含量为0-100 mol%)高折射率光学薄膜.借助激光动态光散射技术研究溶胶微结构.采用傅里叶变换红外光谱、原子力显微镜、薄膜光学常数分析仪、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表征.结果显示,溶胶-凝胶工艺可以在部分牺牲折射率的情况下,使膜层的抗激光损伤性能得到大幅度提升.随Ti含量从0mol%增加至100 mol%,膜层的平均损伤阈值呈下降趋势,当Ti含量从0mol%增加至60mol%时,平均损伤阈值从57.1 J/cm2下降到21.1 J/cm2(辐照激光波长为1053 nm,脉冲宽度为10 ns,"R/1"测试模式),当Ti含量从60mol%增加至100mol%时,平均损伤阈值变化很小.综合溶胶微结构、膜层光学性能和损伤实验结果可以推断,强激光诱导多光子吸收是引起膜层损伤的主要原因.不同配比的复合膜之间光学带隙的显著差异导致相同辐照激光情况下多光子吸收的概率发生变化,从而导致损伤阈值的规律性变化.     

二氧化硅增透膜微观结构与激光损伤阈值的调控

采用溶胶-凝胶技术制备了二氧化硅增透膜,通过向溶胶中添加高分子聚乙烯醇缩丁醛（PVB）,调控胶体的粒径,进而控制膜层微观结构,研究膜层微观结构与激光损伤阈值的关系。纳米粒度仪和扫描探针显微镜测试表明:PVB加入溶胶后,控制了二氧化硅胶粒的生长,使二氧化硅胶粒生长更均匀,因而膜层的微观结构更均匀。当PVB质量分数为1%时,胶体粒径为15 nm,分散系数小于0.1。用该胶体镀膜,膜层均匀,表面粗糙度小于3.25 nm。并且PVB加入后增加了膜层胶粒间的黏附性,使得膜层强度增大。PVB加入使膜层的激光损伤阈值有所增加。当PVB的添加量为1%时,膜层的激光损失阈值从30.0 J/cm2增加到40.1 J/cm2。膜层激光损伤阈值的增加与膜层微观均匀性和物理强度的增加有关。     

减反膜的梯度化与激光损伤阈值之间的关系研究

光学减反膜是激光系统的重要组成部分，也是在激光照射下最容易发生损伤的部分，如何提高减反膜的激光损伤阈值是研究的热点之一。在保持目标透射光谱要求和膜系总光学厚度不变的前提下，研究了不同梯度化减反膜与激光损伤阈值之间的关系。首先采用混合渐变膜系设计方法设计了一种渐变减反膜系，G/H₁→H/L/A；其次通过渐变折射率分层等效方法将渐变减反膜系进行不同的梯度化，并利用PECVD技术，在K9玻璃上沉积了满足光学性能指标要求的不同渐变减反膜系(多层梯度渐变膜系和相应的坡度渐变膜系)；最后进行了激光损伤阈值(LIDT)测量。研究结果表明:在保持目标透射光谱要求和膜系总光学厚度不变的前提下，渐变减反膜系相比于传统减反膜系，抗激光损伤阈值有明显的提高；随着梯度化层数的增加，渐变减反膜系的激光损伤阈值呈减小的趋势；对于相同膜层的渐变折射率薄膜，采用坡度法制备的样片抗激光损伤阈值均优于采用梯度化制备的样片。     

大气常压等离子射流清洗溶胶-凝胶SiO_2膜表面油脂污染物

采用大气常压等离子射流技术对溶胶-凝胶SiO2膜表面的油脂污染物进行清洗。利用分光光度计、扫描电子显微镜、红外光谱仪对溶胶-凝胶SiO2膜透过率、表面形貌、化学结构进行表征,并分析清洗前后溶胶-凝胶SiO2膜的激光损伤阈值变化。损伤阈值测试表明,1064nm波长的激光损伤阈值由污染后的16.08J/cm2上升到24.41J/cm2,与污染前24.72J/cm2的损伤阈值相当。同时还获取清洗的最佳时间为10s。清洗前后,溶胶-凝胶SiO2膜保持完好,且未产生新的有机污染物。研究结果表明:大气常压等离子射流技术可对溶胶-凝胶SiO2膜表面的油脂污染物进行有效地清洗,从而提高溶胶-凝胶SiO2膜的透过率和激光损伤阈值,为高功率激光装置的稳定运行提供保障。     

膜系结构对激光损伤阈值的影响

本文以TiO_2/SiO_2及ZrO_2/SiO_2膜系为例,研究了A(HL)~mHG、A[(2p+1)HL]~m(2p+1)HG以及A[H(2q+1)L]~mHG等不同膜系结构对激光损伤阈值的影响.同时结合光学损耗测量及保护膜厚度效应研究,对光学薄膜的激光损伤机理作了初步探讨.     

溶胶-凝胶ZrO2-TiO2高折射率光学膜层的抗激光损伤性能研究

采用溶胶-凝胶方法制备了ZrO₂-TiO₂(Ti含量为0—100mol%)高折射率光学薄膜. 借助激光动态光散射技术研究溶胶微结构. 采用傅里叶变换红外光谱、原子力显微镜、薄膜光学常数分析仪、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表征. 结果显示，溶胶-凝胶工艺可以在部分牺牲折射率的情况下，使膜层的抗激光损伤性能得到大幅度提升. 随Ti含量从0mol%增加至100mol%，膜层的平均损伤阈值呈下降趋势，当Ti含量从0mol%增加至60mol%时，平均损伤阈值从57.1J/cm²下降到21.1J/cm²(辐照激光波长为1053nm，脉冲宽度为10ns，“R/1”测试模式)，当Ti含量从60mol%增加至100mol%时，平均损伤阈值变化很小. 综合溶胶微结构、膜层光学性能和损伤实验结果可以推断，强激光诱导多光子吸收是引起膜层损伤的主要原因. 不同配比的复合膜之间光学带隙的显著差异导致相同辐照激光情况下多光子吸收的概率发生变化，从而导致损伤阈值的规律性变化. 关键词： 2-TiO₂薄膜')" href="#">ZrO₂-TiO₂薄膜 溶胶-凝胶 激光诱导损伤 光学带隙     

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.     

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。     

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     

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。     

1064nm纳秒激光对石墨烯的损伤效应研究

通过化学气相沉积法制备,并转移到基片得到1~3层石墨烯样品。利用霍尔效应及微区拉曼光谱测量,结合光学显微镜观察,分析了不同层数石墨烯在1064nm纳秒激光辐照下的损伤特性。实验发现1~3层石墨烯的激光损伤阈值依次降低,分别为:单层0.45J/cm2,2层0.34J/cm2,3层0.23J/cm2。激光强度超过阈值时,石墨烯薄膜电阻增大,载流子迁移率降低。通过光学显微镜观察发现局部区域破损,破损区域的拉曼光谱中1580cm-1左右的G峰和2700cm-1左右的2D峰高度比发生变化。实验结果表明1064nm纳秒激光辐照石墨烯主要为剥离作用。     

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%。     

原子层沉积HfO_2薄膜的激光损伤特性分析

以目前激光惯性约束聚变中应用最广泛的高折射率材料二氧化铪(HfO2)为研究对象,在熔石英基底上分别采用TEMAH和HfCl4前驱体制备了HfO2薄膜,沉积温度分别为100,200和300℃。采用椭偏仪和激光量热计对薄膜的光学性能进行了测量分析,采用X射线衍射仪(XRD)对薄膜的微结构进行了测量。最后在小口径激光阈值测量平台上按照1-on-1测量模式对薄膜的损伤阈值进行了测试,并采用扫描电子显微镜(SEM)对损伤形貌进行了分析。研究表明,用同一种前驱体源时,随着沉积温度升高,薄膜折射率增加,吸收增多,损伤阈值降低。在相同温度下,采用有机源制备的薄膜更容易在薄膜内部形成有机残留,导致薄膜吸收增加,损伤阈值降低。采用HfCl4作为前驱体源在100℃制备氧化铪薄膜时,损伤阈值能够达到31.8J/cm2(1064nm,3ns)。     

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.