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.     

金属氧化物薄膜在中波红外光谱区内光学常数色散特性

基于金属氧化物薄膜材料在中波红外波段应用的需求,研究了含水状态的TiO2、HfO2、Ta2O5和Y2O34种金属氧化物薄膜在中波红外波段内(2.5~5μm)光学常数的色散特性。利用电子束蒸发沉积技术,在超光滑的硅表面制备了4种氧化物薄膜,基于洛仑兹振子介电常数色散模型,通过透射率光谱反演计算了4种氧化物薄膜的光学常数。研究结果表明:4种氧化物均有少量的水分子、羟基,水含量从少到多的薄膜依次为TiO2、HfO2、Ta2O5和Y2O3,在远离水吸收的位置,消光系数从小到大的薄膜分别为TiO2、HfO2、Ta2O5和Y2O3;在电子束蒸发沉积工艺条件下,为了降低水的影响,TiO2和HfO2是中红外波段较为理想的金属氧化物薄膜材料。     

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。     

1 064 nm高反射薄膜激光损伤阈值测量方法

 参照国际上对激光损伤阈值不同测量技术建立起来的相应检测规范和标准,分别采用1-on-1,S-on-1,R-on-1和光栅扫描共4种测量方式,在1 064 nm波长下对HfO₂/SiO₂周期性高反射薄膜进行了激光损伤阈值的测量研究。根据测量结果,比较并分析了这4种测量方式之间的差异,重点研究了R-on-1和光栅扫描测量方式中存在的激光预处理效应对薄膜损伤阈值的影响,以及辐照激光光斑尺寸与损伤阈值之间的联系,并讨论了光栅扫描方式中预处理效应与扫描间距和扫描能量密度梯度的关系。研究表明：R-on-1方式下测得的损伤阈值最高,光栅扫描和1-on-1次之,S-on-1最小;1 000个脉冲激光辐照下的累积效应不显著,并且在激光光斑尺寸的差异较小时,阈值与光斑尺寸的对应关系并不明显;光斑尺寸相同时,扫描光斑的间距越小,激光预处理效果越好。     

Al和MgF2多层滤光膜光谱及其环境稳定性

 采用真空热蒸发和电子束蒸发方法,制备了Al和MgF₂ 多层滤光膜,并在100,150,200, 300 ℃的真空环境中进行了热处理,考察了真空热处理温度对多层滤光膜光谱、形貌和环境稳定特性的影响。结果表明,经过真空热处理后,滤光膜表面粗糙度降低,峰值透射率升高,半宽度增大。随着在实验室干燥环境中放置时间的增加,未热处理以及300 ℃热处理样品的透射率峰位向长波方向有较大的移动,峰值透射率降低,可见光抑制特性减弱。而150, 200 ℃热处理样品的透射率峰位移动很小,峰值透射率及可见光抑制特性基本保持不变,具有很好的环境稳定性。