非平衡磁控溅射类金刚石薄膜的激光损伤过程研究

类金刚石薄膜是一种很好的红外窗口表面增透保护材料,随着对其抗激光损伤特性研究的不断深入,越来越多的研究者都将研究的重点放在了如何提高其激光损伤阈值上。然而,不同沉积方法制备的薄膜由于其微观结构存在的差异,必然会导致破坏的过程有所不同。本文采用非平衡磁控溅射技术沉积的薄膜,对其损伤过程进行了深入的研究。结果表明：在不同的激光能量下,DLC薄膜出现不同的损伤形态,而这些与薄膜的缺陷、内应力以及薄膜与衬底的结合力密切相关。     

金刚石薄膜抗激光破坏研究

介绍了金刚石优异的光学和力学特性,对金刚石薄膜在从紫外到红外波段以及不同脉宽激光参数下的激光损伤行为和损伤阈值进行了评述。分析了不同激光工作参数对金刚石薄膜的激光损伤机理,认为石墨化导致晶格失稳是金刚石薄膜激光损伤的主要原因。金刚石薄膜石墨化有两种方式:垂直表面向体层方向石墨化和平行表面按分层的方式逐层石墨化。     

类金刚石薄膜的激光损伤特性测试与分析

使用脉宽12ns，波长1064nm调Q Nd：YAG激光器对真空阴极电弧沉积（VCAD）法制备的类金刚石薄膜进行抗激光损伤测试，结果表明，VCAD法镀制的薄膜抗激光损伤阈值为0．6J／cm^2。通过对热冲击效应的数值计算，得到了光斑中心的温度场和薄膜表面的应力场分布。研究表明，热应力在类金刚石薄膜的破坏过程中起主导作用，脉冲电弧沉积的DIE薄膜的激光损伤主要源于应力破坏。     

激光辐照对类金刚石薄膜改性及损伤研究

介绍了激光损伤的检测及损伤阈值的测量方法.讨论激光辐照对类金刚石结构和性质的影响规律.并论述不同工作参数的激光对类金刚石薄膜的激光破坏行为及其损伤阈值.在此基础上分析类金刚石薄膜激光损伤的机理.还从物理特性及制备技术方面着手,比较分析金刚石及类金刚石薄膜各自的优缺点和实际应用状况,并提出类金刚石薄膜的应用前景和有待进一步研究的问题.     

离子源偏压对PIA-EB-Hf法制备的HfO2激光薄膜性能的影响

探究HfO₂薄膜的激光损伤特性以进一步提高激光损伤阈值(Laser Induced Damage Threshold, 简称LIDT), 对其在高功率激光系统中的广泛应用具有重要的意义。在不同的离子源偏压下, 采用等离子体辅助电子束蒸发金属铪(Hf)并充氧(O₂)进行反应沉积法制备了中心波长为1064 nm, 光学厚度为4H的HfO₂薄膜样品。测试了薄膜组分和残余应力; 根据透射谱拟合了薄膜的折射率; 通过XRD谱图和SEM表面形貌图分析了薄膜的微观结构; 对激光损伤阈值、损伤特性和机理进行了论述。结果表明: 偏压100 V时制备的薄膜具有最佳O/Hf配比; 薄膜压应力和折射率均随偏压降低而减小。薄膜内存在结晶, 激光能量在晶界缺陷处被强烈聚集和吸收, 加速了膜层的破坏, 形成由几百纳米的烧灼坑聚集而成的海绵状损伤结构。随着偏压降低, 膜结晶取向由(\stackrel{\text{?}}{1}11)晶面向(002)晶面转变, 界面能降低; 晶粒减小, 结构更均匀, 缓解了激光能量在晶界处的局部聚集与吸收, 表现出较大的激光损伤阈值。     

制备条件对ZrO2光学薄膜特性的影响

以锆酸丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶工艺,制备了性能稳定的ZrO2溶胶,通过在其中添加有机粘合剂PVP和旋涂镀膜法分别制得了ZrO2薄膜和ZrO2-PVP复合薄膜.用X射线衍射仪(XRD)、椭圆偏振光谱仪、红外分光光度计(FTIR)、原子力显微镜(AFM)等方法研究了不同热处理温度下的ZrO2和ZrO2-PVP复合薄膜的特性,并用输出波长1.06μm、脉宽10ns的电光调Q激光系统产生的强激光进行辐照实验,测试其激光损伤阈值,观察其损伤形貌.实验发现,经过粘合剂添加能很好地提高薄膜的激光损伤阈值,300℃是比较适合的热处理温度.热处理300℃的ZrO2-PVP复合薄膜的激光损伤阈值可达到52 J/cm2.     

不同周期膜系结构对1064nm高反膜的激光损伤阈值的影响

基频高反膜元件由于较易受到激光损伤而严重影响激光系统正常工作,因此研究高反膜的激光损伤原因及损伤机理成为一个急需解决的问题。本文搭建激光损伤阈值测试平台,对不同周期膜系结构的1064 nm激光高反膜的激光损伤阈值的影响进行了研究。研究结果表明,相比较于G|(LH)~9L|A膜系,G|(HL)~9L|A这种周期结构的薄膜的激光损伤阈值较高,且损伤形貌以熔融型为主。     

沉积温度对三倍频ZrO2薄膜能隙的影响

采用电子束蒸发沉积制备了不同基底温度的ZrO2单层薄膜.计算了薄膜在三倍频处的折射率、消光系数,分析了基底温度对薄膜带隙的影响及薄膜性质与损伤阈值的关系,得出了薄膜能隙随温度升高而降低,薄膜在三倍频处的损伤阈值与能隙成正比关系,这与薄膜损伤机理-多光子吸收、雪崩电离机理相符.     

不同技术制备DLC膜的激光损伤特性研究

随着高能量大功率激光器的发展和激光元件的广泛应用,用于红外窗口表面增透保护的类金刚石薄膜(DLC)的抗激光损伤特性成为评价薄膜质量优劣的一个重要指标。然而,不同的制备方法和技术沉积的DLC薄膜具有各异的微观结构,从而具有不同的抗激光损伤特性。本文采用脉冲真空电弧(PVAD)和非平衡磁控溅射(UBMS)技术沉积了DLC膜,对两种DLC膜抗激光损伤特性进行了研究,测试结果表明,两种技术沉积的DLC薄膜激光损伤阈值分别0.6 J/cm2和0.3 J/cm2,PVAD技术比UBMS技术沉积的DLC薄膜具有更高的抗激光损伤阈值。基于实验研究了薄膜光学常数和表面形态,分析了两种技术制备DLC膜激光损伤特性差异的主要原因。结果表明,采用UBMS技术沉积的DLC膜具有较小的折射率和较大的消光系数,薄膜表面存在较多的疵病和缺陷,这些是其激光损伤阈值较低的主要原因。     

类金刚石薄膜的激光损伤特性及工艺优化

采用脉冲真空电弧沉积(PVAD)技术制备了类金刚石(DLC)薄膜,并对其抗激光损伤特性进行了研究,优化了制备工艺.对DLC薄膜激光损伤阈值(LIDT)的测试结果表明,随着厚度的增加,薄膜的LIDT开始呈下降趋势,当厚度达到100nm以上时,则趋于一个稳定值.正交实验结果的处理和分析表明,在所给定的工艺参数范围内,主回路电压是影响DLC膜抗激光损伤性能的最主要因素,基片温度、清洗时间和脉冲频率则影响较小.为得到较好的抗激光损伤能力,采用PVAD技术制备DLC薄膜的最佳工艺参数为:清洗时间20 min、基片温度150℃、脉冲频率5 Hz、主回路电压150 V.退火处理会使DLC薄膜的激光损伤阈值明显提高.     

纳秒激光辐照对类金刚石薄膜的损伤及改性

利用Nd:YAG纳秒激光(波长分别为355、532和1 064 nm)辐照由电子束蒸发技术制备的类金刚石(DLC)薄膜,通过光学显微镜、光学轮廓仪和拉曼光谱仪等分析了辐照后的薄膜样品,结果表明:不同波长的单脉冲激光辐照时,DLC膜的激光损伤阈值不同;同一波长的多脉冲激光辐照时,损伤阈值低于单脉冲辐照阈值;脉冲激光辐照对DLC膜具有改性作用,受辐照薄膜区域表层发生了石墨化、剥落和气化效应,致使DLC膜表面出现了隆起和弹坑,隆起高度和弹坑深度与激光能量密度大小和脉冲个数有关.     

卫星用高能激光防护技术发展现状

高能激光技术不断发展，逐渐成为卫星在轨安全的威胁。介绍了高能连续激光和脉冲激光武器对卫星损伤机制的研究进展。针对卫星太阳电池阵、相机、星敏感器等光学系统以及热控多层、复合材料推进剂储箱等非光学关键结构防护特点，总结分析了线性光学防护薄膜、非线性光学防护薄膜、相变材料、机械快门、高损伤阈值薄膜和防护罩等各种高能激光防护技术的主要原理、发展现状和技术特点。     

氨处理对溶胶凝胶增透膜激光损伤阈值的影响

采用溶胶凝胶方法在K9 玻璃基片上镀制了SiO2 增透膜,并对其中一些样品进行了氨处理.分别采用原子力显微镜、红外光谱仪、椭偏仪、透射式光热透镜测试了氨处理前后薄膜的微观表面形貌、化学结构、折射率和弱吸收.实验结果表明:经氨处理后薄膜的孔隙率从0.73 降低到0.63 ,其弱吸收从67.88 ×10 -6 增加到74.58 ×10 -6 ,薄膜的激光损伤阈值从处理前的18.0 J/cm 2 降低到16.9 J/cm 2 .考虑到氨处理能提高SiO2 增透膜的机械性能,实际应用中应根据需要折中处理.     

10.6μm CO2激光对HgCdTe探测器破坏阈值的实验研究

用10．6μm脉冲CO2激光辐照PC型HgCdTe光电探测器进行破坏阈值实验研究，通过政变激光辐照到探测器上的能量密度直至探测器损伤、破坏，得出了HgCdTe探测器的破坏阈值；利用一维半无限大模型计算了激光损伤探测器的破坏阈值，并与实验值进行了比较。分析表明，实验误差不仅来自于探测器不同的材料性质，而且与光斑的大小，探测器的制作工艺等多种因素有关；分析了不同脉宽的激光脉冲对破坏阈值的影响，得出了合理的破坏阈值。     

不同化学蚀刻法对石英基片激光损伤阈值的影响

为提高三倍频光学元件的表面损伤阈值,采用了不同方式对石英基片进行酸蚀刻,利用原子力显微镜观测了基片蚀刻前后的表面微观形貌,并在激光损伤测量装置上进行了R:1方式的阈值测试,比较分析了蚀刻前后基片激光损伤阈值和表面形貌的变化,并比较了不同抛光质量石英基片蚀刻效果的差异.通过实验研究,总结了不同蚀刻方式的优缺点,研究表明酸蚀刻法可以有效提高石英基片激光损伤阈值.     

基于全场等效损伤测试的累积损伤模型

在固定的一组循环数下，对其中每一预定循环数进行不同应力水平的疲劳试验，并测出材料的韧性变化率，以此为损伤变量得到该组循环数下损伤量与交变应力水平关系的曲线族。该曲线族可以转换成相同损伤量下交变应力与循环数关系的等效损伤线族，通过对三种材料等效损伤线族测试和分析，给出损伤线族方程表达式，由此得到的累积损伤模型可以计算复杂加载下材料的剩余寿命，多级加载实验结果与测试值较好符合。     

PIA-EB-Hf法制备的单层HfO_2激光薄膜残余应力及化学计量比的调控

Hf O_2作为最有前景的抗激光薄膜材料之一,最佳的制备方法是利用等离子体辅助电子束蒸发金属Hf并充氧进行反应沉积即PIA-EB-Hf法,而化学计量比失配导致的强吸收和高残余应力造成的力损伤成为其主要的激光损伤机制。采用正交优化手段,探究了沉积速率、APS离子源偏压和放电电流、沉积温度、以及充氧量和充氧位置对薄膜残余应力和O/Hf配比的影响,并针对优化薄膜进行了激光损伤性能研究。研究表明速率太大导致膜成分不均匀;过高的离子源偏压使O/Hf配比反升,但薄膜向m(-1 1 1)面取向显著,残余应力很大,且容易引入杂质原子Ar,造成强吸收;沉积温度对薄膜性能的影响主要体现在促进粒子反应、改变结晶状态和改善薄膜均匀性等,不同范围内发挥的作用不同。解决离子源的污染问题,以及获得结构疏松均匀和平整的非晶膜层是进一步提高激光损伤阈值的关键。     

熔石英在3ω激光下输入输出面的阈值分析

在紫外激光条件下对熔石英样品输入输出面进行了损伤阈值测试,测试结果表明熔石英样品输入面损伤阈值是输出面的1.25倍.其损伤形貌基本表现为小麻孔聚集和烧蚀疤痕,表明其损伤由激光驻波场和烧蚀共同引起,并用激光压力模型对其损伤机理进行了分析.     

光学薄膜的激光诱导损伤与材料带隙的关系

采用多光子吸收电离模型讨论了光学薄膜的激光诱导损伤与其材料带隙的关系,报实际光学薄膜存在大量的非化学计量比化合物缺陷时,损伤阈值的变化,给出了光汪膜的损伤阈民其材料带隙的关系曲线,理论上解释了实际光学薄膜较理想光学薄膜的损伤阈值的主要原因可能是实际光学薄膜中存在大量的非化学计量比化合物缺陷。     

锥头籽晶对DKDP晶体生长和损伤阈值的影响

籽晶是影响DKDP晶体生长和光损伤阈值的一个重要因素。采用传统降温法,分别利用Z片和锥头作为籽晶,从氘化程度为85%的溶液生长了DKDP晶体,并选取部分样品进行3倍频光损伤阈值测试。实验证明,DKDP晶体可以在不同籽晶下基本实现稳定生长,锥头籽晶所得DKDP晶体对晶体损伤阈值提高有积极作用且能有效缩短生长周期。