HfO2/SiO2多层高反膜脉冲YAG激光预处理机理的研究

本文研究了HfO2 /SiO2 多层高反膜脉冲YAG激光预处理提高抗激光损伤阈值的机理。通过分析和计算 ,我们提出了一种物理模型 ,即热扩散模型。由于扩散结果 ,导致HfO2 膜层的折射率增加 ,致使HfO2 、SiO2 膜层交界处光驻波波峰降低 ,从而提高了薄膜抗激光损伤阈值     

1064nm激光和355nm激光同时辐照DKDP晶体的耦合预处理效应

为了研究DKDP晶体在惯性约束核聚变(ICF)装置应用中的多波长激光诱导损伤特性,建立了1064 nm激光和355 nm激光同时辐照DKDP晶体的损伤测试装置,分析了不同激光能量密度组合下的损伤针点形貌、密度、尺寸和损伤概率。结果表明,当355 nm激光以R-on-1方式辐照样品,并加入不同能量密度的1064 nm激光时,随着1064 nm激光能量密度的升高,测试样品的抗激光损伤性能得到改善,损伤针点形貌逐渐与1064 nm激光单独作用时的损伤形貌类似,损伤针点密度减小,损伤针点尺寸增大,整体上表现出耦合预处理效应。     

1064 nm倍频波长分离膜的制备与性能研究

通过对主膜系添加匹配层并借助计算机对膜系进行优化，设计出结构规整、性能优良的1064ilm倍频波长分离膜。用电子束蒸发及光电极值监控技术在K9玻璃基底上沉积薄膜，将样品置于空气中在260℃温度下进行3h热退火处理。然后用Lambda 900分光光度计测量了样品的光谱性能；用表面热透镜(STL)技术测量了样品的弱吸收值；用调Q脉冲激光装置测试了样品的抗激光损伤阈值(LIDT)。实验结果发现，样品的实验光谱性能与理论光谱性能有很好的一致性。退火前后其光谱性能几乎没有发生温漂，说明薄膜的温度稳定性好；同时退火使样品的弱吸收减小，从而其激光损伤阈值提高。理论和实验结果均表明，对主膜系添加匹配层的方法是1064nm倍频波长分离膜设计的较好方法。     

不同场强分布的1064nm激光减反膜损伤特性

设计了两种具有不同场强分布的1 064nm减反射膜结构,即G/H3L/A和G/M2HL/A。采用离子束辅助沉积技术,在K9基底上制备了薄膜,并对薄膜在强激光下的损伤斑形貌及损伤阈值(LIDT)进行了测量。研究结果表明:薄膜的场强分布不同,其抗强激光的能力也不相同。当两种膜系的电场强度(归一化电场强度平方)在薄膜-空气界面处分别为1.039和0.906时,对不同的激光能量(180,150和120mJ),样品G/H3L/A的表面破损斑尺寸均大于样品G/M2HL/A;两种薄膜的激光损伤阈值分别为12.3J/cm2和14.8J/cm2(激光波长为1 064nm,12ns)。这说明,较小的薄膜-空气界面电场强度,有利于激光损伤能力的提高。因此,对于减反射薄膜,在膜系设计时,采用合理的场强分布,降低薄膜-空气界面的电场强度,可以有效改善薄膜的激光损伤特性。     

1064nm激光预处理对HfO2/SiO2反射膜损伤形态转化影响研究

实验研究了不同激光预处理参数对于纳秒激光多脉冲作用下HfO2/SiO2反射膜损伤形态转化的影响。通过对比两类损伤扩张性和对薄膜功能性破坏机制,提出激光预处理技术的重要意义在于抑制损伤形态转化过程。通过薄膜损伤形态分析揭示了激光预处理作用机制为节瘤缺陷的去除和亚表面吸收前驱体的形成两方面的综合作用。实验结果表明:预处理后薄膜损伤形态转化特征曲线向更高通量和更多发次方向平移。针对现有工艺下的薄膜,采用高通量、两台阶的预处理参数组合能够获得兼顾效率的最佳收益,其零几率损伤形态转化阈值最高可以提升140%。     

1064 nm和532 nm激光共同辐照薄膜的损伤

建立了两个不同波长激光同时辐照薄膜的损伤阈值测试装置,实验研究和对比1064 nm激光,532 nm激光,1064 nm和532 nm激光共同作用3种不同方式辐照1064 nm和532 nm增透膜(ARF)的损伤阈值及其损伤形貌.结果表明,1064 nm和532 nm激光共同作用损伤形貌和532 nm激光单独作用下的形貌相似,532 nm激光在诱发薄膜损伤因素中起主导作用.1064 nm激光单独辐照薄膜的损伤阈值高于532 nm激光,而1064 nm和532 nm激光共同作用下薄膜的阈值介于这两者之间.     

CO_2激光预处理1.06μm高反射膜对吸收和损伤阈值的影响

本文报道用CO_2激光作光学薄膜预处理对薄膜的吸收和损伤阈值的影响。实验对K_9玻璃、硅片、石英作基底的三组样品作了研究,结果表明,对石英为基底的TiO_2/SiO_211层高反膜进行了CO_2激光辐照处理能提高损伤阈值。     

电子束蒸发制备平板偏振膜激光损伤特性研究

采用电子束蒸发沉积技术制备了平板偏振膜。用Lambda900分光光度计测试了其光学性能。在中心波长1053 nm处P偏振光的透过率TP>98%,S偏振光的透过率TS<0.5%,消光比TP/TS>200∶1,带宽约为20 nm。用波长1064 nm,脉宽12 ns的脉冲激光进行损伤阈值测试,获得P偏振光的损伤阈值为17.2 J/cm2,S偏振光的损伤阈值为19.6 J/cm2。用Nomarski显微镜对薄膜的损伤形貌进行观察,并用Alpha-500型台阶仪对损伤深度进行测试。结果表明,P偏振光的激光损伤为界面损伤与缺陷损伤,而S偏振光的激光损伤主要是驻波电场引起的界面损伤,界面损伤发生在偏振膜表面第一层与第二层界面处,缺陷损伤发生在偏振膜内部。     

HfO2／SiO2光学薄膜激光损伤阈值的测量

参照国际标准ISO11254及其规范，组建了小口径1064nm激光的损伤阈值测量装置，能对各种光学元件，包括高反膜、偏振膜及增透膜等进行了1064nm激光损伤阈值测量，按损伤阈值测量国际标准的要求，测量了由HfO2/SiO2镀制的1064nm高反膜，偏振膜及增透膜的激光损伤阈值，分析了它们的激光损伤特性，对于10ns的1064nm激光脉冲，高反膜的损伤阈值为12.8J/cm^2，偏振膜为9.8J/cm^2，增透膜为9.2J/cm^2，对于20ns，1ns的激光脉冲，高反膜的损伤阈值分别为15.3J/cm^2和5.75J/cm^2，高反膜的损伤阈值对于ns激光脉冲符合时间定标率τ^0.35。     

1064 nm激光平板偏振膜的研制

根据军用光学仪器的使用要求,在平板K9基底上镀制偏振膜,要求在56.4°角入射条件下,激光波长1064 nm处满足T_P>99%,T_S<1%,且膜层抗激光损伤阈值应≥600 MW/cm~2.采用电子束真空镀膜的方法并加以离子辅助沉积系统,通过选择HfO_2和SiO_2作为高低折射率材料,利用Macleod软件进行膜系设计与分析,采用LightRatioPeak光值比例法进行监控,优化工艺参数,减少监控误差,在平板K9基底上成功镀制符合使用要求的偏振膜.所镀膜层不仅满足光谱要求,且顺利通过膜层环境测试,完全满足军用光学仪器的使用要求.     

1064nm激光多脉冲下HfO2/SiO2高反膜损伤规律

利用小口径元件损伤测试平台对HfO2/SiO2高反膜的1 064 nm激光多脉冲损伤规律进行了研究。研究结果表明:多脉冲作用下HfO2/SiO2高反膜损伤在形态上主要分为色斑和层裂两类,在一定条件的多发次脉冲作用下,色斑损伤存在向层裂损伤转换的趋势;层裂损伤尺寸随脉冲发次呈指数递增后趋于极大值的变化规律,且终态尺寸与辐照激光能量密度呈近似线性关系;色斑S-on-1损伤阈值与脉冲发次关系不明显,而层裂S-on-1损伤阈值随脉冲发次增加呈指数衰减后趋于极小值的变化规律。采用衰减公式拟合手段,对元件抗损伤能力退化规律进行了初步的定量分析。     

电光调Q 1064nm/532nm脉冲激光器

报道了一种用于产生THz波的电光调Q脉冲激光器,重复频率为1Hz、10Hz,输出1064nm、532nm可方便转换.当腔长310mm,输入能量为16J时,输出的1064nm调Q脉冲能量210mJ,电光转换效率1.3%,平均脉宽13ns,532nm脉冲能量110mJ,倍频效率50%,脉宽9~12ns.并对实验结果进行了分析和讨论.     

高折射率材料吸收特性对193 nm HfO2/SiO2,Y2O3/SiO2,Al2O3/SiO2多层膜反射特性的影响

由单层HfO2，SiO2，Y2O3，Al2O3膜求出其折射率和消光系数色散曲线，据此计算出HfO2／SiO2，Y2O3／SiO2，Al2O3／SiO2的193nm多层膜反射膜曲线，并用电子束热蒸发的方法进行镀制。由分光光度计测量样品的透射率和绝对反射率，求出了各种膜层的吸收曲线。结果发现HfO2／SiO2，Al2O3／SiO2反射率实验结果与理论结果吻合得很好，而Y2O3／SiO2的理论曲线偏高。通过模拟Y2O3／SiO2的反射率曲线发现Y2O3的消光系数远大于由单层膜实验得出的结果。这说明Y2O3膜层的吸收特性与薄膜的制备工艺密切相关。     

High damage threshold HfO2/SiO2 multilayer mirrors deposited by novel remote plasma sputtering

Sputtering deposition coatings offer significant advantages on electron beam (EB) deposition, including high packing density, environmental stability and extremely low losses. But the inherent high compressive stress affects its application in high power laser system. This paper describes the technical feasibility of high damage threshold laser mirrors deposited by a novel remote plasma sputtering technique. This technique is based on generating intensive plasma remotely from the target and then magnetically steering the plasma to the target to realize the full uniform sputtering. The pseudo-independence between target voltage and target current provides us very flexible parameters tuning, especially for the films stress control. Deposition conditions are optimized to yield fully oxidized and low compressive stress single layer HfO2 and SiO2. The high damage threshold of 43.8 J/cm2 for HfO2/ SiO2 laser mirrors at 1064 nm is obtained. For the first time the remote plasma sputtering is successfully applied in depositing laser mirrors with high performance.     

不同退火过程对紫外HfO2/SiO2,Y2O3/SiO2多层膜性能的影响

采用直升式和阶梯式加热法对电子束热蒸发镀制出的HfO2/SiO2,Y2O3/SiO2多层膜进行了400℃的退火处理,发现采用阶梯式加热法退火后多层膜在190～300 nm范围内的峰值反射率均得到提高,说明此种后处理方法可能会改善膜层在紫外波段的光学性能.再对HfO2,Y2O3的单层膜进行相应的退火处理,发现退火后HfO2膜层的物理厚度减小从而发生监移现象;直升式退火使Y2O3膜层的折射率变小引起蓝移.阶梯式退火使得Y2O3膜层的物理厚度减小引起蓝移.对退火前后样品的微结构进行X射线衍射(XRD)法测量发现,退火可以使材料进行品化,并且采用直升式加热法后材料的结晶度更大,从而膜内散射变大,会引起膜层反射率的轻微降低.     

1064 nm激光脉冲致光学薄膜分层剥落损伤特性

研究了1064 nm激光辐照致光学薄膜分层剥落的损伤特性及其抑制手段。从光学薄膜的界面结构出发分析了温升在分层剥落产生过程中的作用,从理论上得出了剥落面积与辐照脉冲能量之间的关系式并通过实验进行验证,间接证明了分层剥落的成因;对分层剥落的抑制、改善方法进行了理论探讨与实验,证明亚阈值能量脉冲预辐照之后剥落面积明显减小,并且在一定范围内预辐照脉冲的能量密度越高相应的效果越明显,对作用机制给出了定性解释。     

基于复合晶体的全固态高功率1064nm激光器的实验研究

研究了最大输出功率超过500W的全固态连续高功率1064nm激光器。为了改善热效应,选用了扩散键合方法制成的复合Nd：YAG,有效地降低了高功率激光器中的激光晶体热透镜问题。在实验中,1064nm输出镜的透过率分别为T=10％、30％、35％和40％,得到了512W 1064nm输出,光-光转换效率达到32％。     

电泳法制备ZnO/SiO2复合薄膜

用电泳法在硅衬底上沉积了ZnO/SiO2复合薄膜,然后在650℃和950℃退火热处理30 min。测试结果表明,样品经650℃退火后,复合薄膜ZnO和SiO2微晶颗粒集结成块状,结晶程度较高,颗粒尺寸较大,不连续的散落在硅衬底上。经950℃退火后,其中ZnO和SiO2发生反应生成少量的ZnSiO4微晶颗粒,使复合薄膜在室温下的绿色发光强度有所增加。     

1064 nm偏振薄膜的激光损伤特性

实验研究了偏振膜的0°和56°角激光损伤特性.研究表明,对于未镀SiO2覆盖层的偏振膜,S和P激光0°和56°角入射的损伤图貌为疤痕和膜层剥离,而对于镀SiO2覆盖层的偏振膜,0°和56°S偏振光的激光损伤主要为疤痕,56°P偏振光的激光损伤为30～50μm的孔洞,孔洞形成的原因与深入基片亚表面的抛光粉微粒有关.