离子束辅助技术获得高激光损伤阈值的增透膜

采用合适的离子束辅助沉积(IBAD)参数在K9基底上镀制了高激光损伤阈值的中心波长1053 nm的增透膜,分别从光谱性能、吸收性能、抗激光损伤阈值(LIDT)以及退火后的影响等方面与未进行离子束辅助沉积的薄膜进行对比分析。实验结果发现,采用离子辅助制备的薄膜放置80 d后具有更好的光谱稳定性,与未进行离子束辅助镀制的薄膜相比,平均吸收下降了57%,吸收值偏高的奇异点明显减少;损伤阈值提高了60%,用Leica偏振光学显微镜观察50%损伤几率的能量下破斑形貌,发现经过离子束辅助制备的样品破斑形状整齐且缺陷点少;未进行离子束辅助制备的样品退火后吸收降低,阈值提高,但奇异点没有减少,辅助样品变化不大。由此可知,离子辅助有助于制备高性能基频增透膜。     

环境气氛及气压对增透膜真空激光损伤的影响

利用1-on-1损伤测试方法,测试了真空和空气、氧气、氮气、氦气环境下在波长为1064 nm处增透膜(ARF)的激光损伤阈值和损伤形貌.结果表明,真空环境下的损伤阈值明显低于大气环境下的损伤阈值,真空环境下的破斑形貌也与大气环境下的破斑形貌有显著差异.在真空环境下存入一定量的氧气、氮气和氦气后薄膜的损伤阈值都得到提高,但存入的气体的种类及气压不同,损伤阈值与破斑形貌也不尽相同.     

沉积速率对热舟蒸发LaF3薄膜性能的影响

用热舟蒸发方法在不同的沉积速率下制备了LaF3单层膜,并对部分单层膜进行了真空退火.分别采用X射线衍射(XRD),Lambda 900光谱仪和355 nm Nd∶YAG脉冲激光测试了薄膜的晶体结构、透射光谱和激光损伤阈值(LIDT),并通过透射光谱计算得到样品的折射率和消光系数.实验结果表明,增大沉积速率有利于LaF3薄膜的结晶和择优生长,可以提高薄膜的致密性和折射率,但薄膜的抗激光损伤能力有所下降;沉积速率太大,又会恶化薄膜的结晶性能,同时薄膜中产生大量孔洞,薄膜的机械强度降低,导致薄膜的折射率减小和抗激光损伤能力降低.真空退火对薄膜的抗激光损伤能力有不同程度的提高.     

用于全固态355 nm紫外激光器的三波长高反膜

为了提高激光损伤阈值,采用离子束辅助电子束成膜的方法制备具有355,532,1064 nm三个波长的高反膜.首先使用Lambda950型分光光度计对薄膜样品的光谱性能进行测试,然后验证不同的基底材料及不同的基底清洗工艺对薄膜激光损伤阈值的影响,最后在不同的工作真空度下对薄膜的弱吸收能力和激光损伤阈值等进行较为系统的研究,分析薄膜的弱吸收能力与激光损伤阈值之间的联系.结果 表明,三个波长下的反射率均满足全固态355 nm紫外激光器所要求的光学性能指标,当工作真空度增加到一定程度时,薄膜的激光损伤阈值与弱吸收值不再是对应的关系,而是存在一个最佳值,说明该高反膜可以用于全固态355 nm激光器中的反射镜.     

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.     

基底亚表面裂纹对减反射膜激光损伤阈值的影响

利用化学沥滤技术,分析了亚表面裂纹对基底表面和减反射膜激光损伤阈值(LIDT)的影响。通过去除或保留研磨裂纹,获得了亚表面裂纹数密度有明显区别的两类基底。为了凸出亚表面裂纹层的作用,基底采用化学沥滤去除另外一种可能的影响因素,即再沉积层中的抛光杂质。然后采用电子束蒸发镀制HfO2/SiO2减反射膜。355nm激光损伤阈值测试结果和损伤形貌分析证实了基底亚表面裂纹对减反射膜抗激光损伤能力的负面影响。根据熔石英基底抛光表面的烘烤现象,提出了亚表面缺陷影响膜层激光损伤的耦合模型。     

磁控溅射YSZ薄膜的激光损伤阈值

利用射频磁控溅射方法在不同衬底上制备出掺Y2O3 8 %的YSZ薄膜, 用X射线衍射、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜和透射光谱测定薄膜的结构、表面特性和光学性能, 研究了退火对薄膜结构和光学性能的影响。结果表明：随着退火温度的升高, 薄膜结构依次从非晶到四方相再到四方和单斜混合相转变, AFM分析显示薄膜表面YSZ颗粒随退火温度升高逐渐增大, 表面粗糙度相应增大, 晶粒大小计算表明, 退火温度的提高有助于薄膜的结晶化, 退火温度从400 ℃到1100 ℃变化范围内晶粒大小从20.9 nm增大到42.8 nm; 同时根据ISO11254-1激光损伤测试标准对光学破坏阈值进行了测量, 发现与其他电子束方法制备的YSZ薄膜损伤阈值结果比较, 溅射法制备的薄膜损伤阈值有了一定程度的提高。     

反应电子束蒸发HfO_2薄膜的结构、光学、化学和抗激光损伤特性

采用反应电子束蒸发技术在不同氧分压下制备了HfO_2薄膜,并采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、椭圆偏振仪、X射线光电子能谱仪、1064 nm弱吸收测试仪、1064 nm激光1-on-1损伤测试系统等,对HfO_2薄膜的结构、光学性能、化学组分、吸收性能、抗激光损伤特性和损伤形貌等进行了表征和分析。当沉积温度为200℃时,所制备的HfO_2薄膜为单斜多晶结构,晶粒尺寸约为10 nm。随着氧分压升高,薄膜的氧化程度随之增大,由化学计量比缺陷主导的薄膜1064 nm弱吸收系数变小,同时薄膜结构变得疏松,折射率随之降低。深入研究后发现,在采用反应电子束蒸发技术制备HfO_2薄膜时,提高氧分压有助于抑制膜内纳米吸收缺陷和基底亚表面裂纹,提高HfO_2薄膜抗1064 nm激光损伤阈值,对制备出基于HfO_2薄膜的高性能光学元器件具有重要的参考价值。     

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。     

Characteristics of Nd:Y3Al5O12 thin film prepared by electron beam evaporation deposition

硅基光电集成技术是当代高速信息化的重要发展方向之一.为了研究制备在硅衬底上的新型发光材料,突破Nd∶YAG固体激光工作物质主要是晶体、透明陶瓷等固体形态的限制,采用电子束蒸发沉积工艺,在硅(100)衬底上制备了Nd∶ YAG薄膜,并对Nd∶YAG薄膜的表面形貌、晶体结构、光学特性进行了测试.X射线和扫描电子显微镜测试结果显示,Nd∶YAG薄膜经1100℃真空高温退火处理1h后有效结晶,采用钛蓝宝石激光器输出808nm激光激发,液氮冷却的InGaAs阵列探测器室温下得到Nd∶YAG薄膜的1064nm主荧光峰的荧光光谱.结果表明,采用电子束蒸发沉积和后续高温退火工艺可以在硅衬底上制备Nd∶YAG晶体薄膜.     

0.532 μm激光小光斑扫描预处理光学薄膜的研究

围绕着激光预处理的增强机理和具体工艺,进行了小光斑扫描处理的实验探索,对０．５３２μｍ波长预处理的实验结果进行了分析,进一步证实了激光预处理对改善光学薄膜质量、提高光学薄膜损伤阈值的有效性和可行性,并从实验角度给予了一定的分析解释。     

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。     

影响1.06μm光学薄膜激光损伤因素的实验研究

本文对光学薄膜淀积过程中真空室的真空环境对薄膜激光损伤的影响了理论与实验方面的分析，对分子泵，扩散泵真空系统及扩散泵＋离子束辅助淀积（ＩＡＤ）制备出的膜系样品所进行的损伤实验表明，分子泵系统制备出的薄膜显示出较高的损伤阈值。     

Ta2O5/SiO2硬膜双腔滤光片激光损伤特性研究

研究了Ta2O5／SiO2硬膜双腔干涉滤光片带内、带边及带外的吸收和激光损伤特性。实验发现，对于作用激光，带通滤光片的驻波场分布、吸收率和损伤阈值在带内、带边和带外的响应特性对作用激光波长均呈现出明显的选择性。根据实验结果，结合滤光片的驻波场分析，给出了带通滤光片的损伤机理。     

杂质对光学薄膜激光损伤阈值的影响

通过对一系列１０６μｍＨｆＯ２／ＳｉＯ２全反膜样品进行的激光损伤阈值测试,以及二次离子质谱杂质含量测定的结果进行的比较分析,提出了减小膜系制备过程中杂质污染是提高光学薄膜激光损伤阈值行之有效的途径。将理论分析运用于具体生产实践中,获得了令人满意的结果。     

高损伤阈值双色膜

结合双色膜的驻波场分布优化膜系设计,以电子束蒸发的方式制备了1 064 nm高透过、532 nm高反射的HfO2/SiO2双色膜。采用1-on-1方式测量了双色膜在基频透过光和倍频反射光的辐照下的损伤阈值,为了研究双色膜在基频和倍频下的损伤机制差异,对比了双色膜不同的初始损伤形貌并分析了其形成原因。针对损伤机制的差异,研究了外层驻波场分布对于倍频反射光辐照下的双色膜损伤特性影响以及氧化硅内保护层对于基频透过光的损伤特性的影响。实验结果表明:氧化硅内保护层和驻波场优化有助于提高双色膜在基频光和倍频光辐照下的激光损伤阈值,并对其机理做了分析。     

色分离光栅激光诱导损伤特性实验研究

对色分离光栅(CSG)在10 64nmNd YAG激光辐照下的损伤特性进行了实验研究。研究表明,湿法刻蚀CSG的损伤阈值比干法刻蚀的高,刻蚀面的损伤阈值比非刻蚀面的损伤阈值大,激光入射表面选择影响光栅面和非光栅面的损伤阈值,从非光栅面入射,这两个面的损伤阈值都比从光栅面入射的高。