SiO_2胶体晶体自组装技术

介绍了垂直沉降法和旋涂法制备SiO2胶体晶体,并对两种方法制备的胶体晶体在宏观形貌、微观结构及光子带隙性质进行了比较。采用改进的Stober法在乙醇介质中合成粒径不同、单分散性较好的SiO2微球,用垂直沉积法和旋涂法制备出有序性较好的密排结构的SiO2胶体晶体。宏观照片表明,用旋涂法制备的SiO2胶体晶体经白光照射出现的光柱呈6次对称,而垂直沉降法制备的胶体晶体表面出现条纹。SEM分析表明,选用不同溶剂在同等旋涂工艺下制备SiO2胶体晶体,用乙醇和乙二醇混合溶液作溶剂制备出的SiO2胶体晶体质量最好。透射光谱表明,垂直沉降法所制备的胶体晶体在(111)方向具有明显的光子带隙性质,而旋涂法制备的胶体晶体则不明显。     

短脉冲激光打靶用溅射防护薄膜的光学性质

针对短脉冲激光打靶用溅射防护聚合物薄膜做了初步研究。研究了氟化乙丙共聚物(FEP)、全氟烷氧基共聚物和乙烯-四氟乙烯共聚物三种厚度均为25 m的聚合物薄膜的透过率,结果表明FEP薄膜在355 nm处光透过率达93%,有望用于激光打靶的溅射防护。进一步对FEP聚合物薄膜的波前畸变、激光损伤阈值进行了研究,结果表明80 mm的聚合物薄膜在632.8 nm处的透射波前畸变的峰谷值（PV值）为波长的1.006倍; 在采用输出波长355 nm,脉冲宽度9.3 ns的Nd:YAG激光为照射光源波长处,薄膜零损伤概率时的最高激光能量密度为10.35 J/cm2, 100%损伤概率时的最低激光能量密度为11.48 J/cm2。     

短脉冲激光打靶用溅射防护薄膜的光学性质

针对短脉冲激光打靶用溅射防护聚合物薄膜做了初步研究。研究了氟化乙丙共聚物(FEP)、全氟烷氧基共聚物和乙烯-四氟乙烯共聚物三种厚度均为25μm的聚合物薄膜的透过率,结果表明FEP薄膜在355nm处光透过率达93%,有望用于激光打靶的溅射防护。进一步对FEP聚合物薄膜的波前畸变、激光损伤阈值进行了研究,结果表明φ80mm的聚合物薄膜在632.8nm处的透射波前畸变的峰谷值(PV值)为波长的1.006倍;在采用输出波长355nm,脉冲宽度9.3ns的Nd:YAG激光为照射光源波长处,薄膜零损伤概率时的最高激光能量密度为10.35J/cm2,100%损伤概率时的最低激光能量密度为11.48J/cm2。     

熔石英亚表面划痕激光诱导损伤阈值实验研究

 用原子力显微镜和光学显微镜观测酸蚀后熔石英亚表面划痕,并根据形貌特征将其分为Boussinesq-point-force crack(BPFC)、Hertzian-conical scratch(HCS)和Plastic indent(PI)三类,测试了各类划痕的损伤阈值,讨论了激光损伤机制。结果表明锐度较大的BPFC损伤阈值不超过2.0 J/cm<>2;深度小于1 μm的 HCS阈值可达2.6 J/cm²;形变较大的PI阈值至2.8 J/cm2,形变较小的PI的激光损伤阈值与无缺陷材料相当。BPFC 和深度超过1 μm的HCS是导致熔石英损伤阈值低的主要因素。     

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。     

Surface defects,stress evolution,and laser damage enhancement mechanism of fused silica under oxygen-enriched condition

Oxygen ions (O⁺) were implanted into fused silica at a fixed fluence of 1×10¹⁷ ions/cm² with different ion energies ranging from 10 keV to 60 keV. The surface roughness, optical properties, mechanical properties and laser damage performance of fused silica were investigated to understand the effect of oxygen ion implantation on laser damage resistance of fused silica. The ion implantation accompanied with sputtering effect can passivate the sub-/surface defects to reduce the surface roughness and improve the surface quality slightly. The implanted oxygen ions can combine with the structural defects (ODCs and E' centers) to reduce the defect densities and compensate the loss of oxygen in fused silica surface under laser irradiation. Furthermore, oxygen ion implantation can reduce the Si-O-Si bond angle and densify the surface structure, thus introducing compressive stress in the surface to strengthen the surface of fused silica. Therefore, the laser induced damage threshold of fused silica increases and the damage growth coefficient decreases when ion energy up to 30 keV. However, at higher ion energy, the sputtering effect is weakened and implantation becomes dominant, which leads to the surface roughness increase slightly. In addition, excessive energy aggravates the breaking of Si-O bonds. At the same time, the density of structural defects increases and the compressive stress decreases. These will degrade the laser laser-damage resistance of fused silica. The results indicate that oxygen ion implantation with appropriate ion energy is helpful to improve the damage resistance capability of fused silica components.     

St?ber法制备二氧化硅薄膜反应动力学

通过研究正硅酸乙酯(TEOS)水解的反应动力学,推导出Stber法制备二氧化硅溶胶体系中反应时间与TEOS转化率关系的动力学公式。分析确定了合适的转化率,进而用于计算二氧化硅溶胶的理论最佳反应时间。同时,以正硅酸乙酯为硅源,采用溶胶凝胶法在氨水催化作用下制备了不同配比的二氧化硅溶胶,考察了氨和水的浓度对反应时间的影响,结果表明,两者浓度增大可以有效减少反应时间。通过成膜性检测确定制备过程中的最佳反应时间,并与理论计算得到的最佳反应时间进行比较,结果表明,两者一致,误差控制在5%以内,说明该动力学公式具有很好的适用性。 2012-06-01;修订日期:     

二氧化硅亚波长纳米微结构的增透特性

对亚波长纳米微结构-非紧密堆积多晶胶体晶体光学薄膜的增透特性进行了研究。采用浸渍-提拉法在玻璃表面组装了亚波长纳米微结构,并利用等效介质理论分析其光学性质,理论和实验符合。研究表明实验制备的纳米微结构具有优异的增透性质,通过控制组装条件可以控制膜层厚度实现高增透效率从可见光到近红外的有效调谐,且微结构在玻璃基底上的等效折射率接近1.22,透射率最大能提高约7%,达到99.8%的增透效果。     

酸蚀深度对熔石英三倍频激光损伤阈值的影响

 采用干涉仪和台阶仪测试蚀刻深度随时间的变化,结合材料去除速率测量,研究了HF酸蚀液对熔石英表面蚀刻的影响。测试了蚀刻后损伤阈值和表面粗糙度的变化。研究表明,熔石英表面重沉积层厚度约16 nm,亚表面缺陷层大于106 nm;重沉积层去除后损伤阈值增大,随亚表面缺陷层暴露其阈值先降低后又增加,最后趋于稳定;然而,随蚀刻时间的增加,其表面粗糙度增大。分析表明,蚀刻到200 nm能有效地提高熔石英的低损伤阈值,有利于降低初始损伤点数量和提高熔石英表面的机械强度。     

基频和三倍频Nd:YAG激光诱导熔石英损伤特性

 采用光电探测器和数字示波器检测散射光脉冲信号,研究了基频和三倍频Nd:YAG激光诱导熔石英损伤过程,给出了泵浦光和探针光的散射光光电信号;比较了基频和三倍频激光作用下熔石英烧蚀斑显微照片,并分析了其损伤机理。结果显示:在ns脉冲激光作用下,熔石英损伤均发生在泵浦激光脉冲峰值附近,且基频光作用下损伤开始时间点比三倍频作用下早;在多脉冲或高能量激光辐照下,检测到了等离子体闪光信号,等离子体闪光发生在时间延迟21 ns附近。基于Keldysh理论计算了基频光和三倍频光作用下,熔石英光致电离速率同激光强度的关系。