高强度激光薄膜的研制

为提高激光薄膜的抗激光强度，实验研究了薄膜新材料、镀膜基体的表面粗糙度和洁净度，薄膜中的杂质污染，镀膜后的热处理。

HfO_2薄膜的结构对抗激光损伤阈值的影响

利用蒸发氧化铪和离子辅助蒸发金属铪反应沉积氧化铪薄膜,对两种工艺下制备的氧化铪薄膜进行光学和结构以及激光损伤特性的研究 实验结果表明,用金属铪反应沉积的氧化铪薄膜不仅结构均匀,并且具有较高的激光损伤阈值 文章对损伤阈值和薄膜的结构及光学特性之间的关系进行了讨论.

石英晶体振荡法监控膜厚研究

给出了石英晶体振荡法监控膜厚的基本原理 ,在相同的工艺条件下分别用光电极值法和石英晶体振荡法监控膜厚 ,对制备的增透膜的反射光谱曲线进行了比较 ,并对石英晶体振荡法的监控结果做了误差分析 结果表明 :石英晶体振荡法不仅膜厚监控精度高 ,而且能监控沉积速率 ,获得稳定的膜层折射率 。

离子辅助沉积中离子束流密度的作用

测量了EndHall离子源在不同条件下的离子束流密度,在不同离子束流密度下进行了Ar离子辅助沉积ZrO2薄膜的实验,研究了离子束流密度对薄膜折射率、晶相的影响根据动量传递模型分析了离子束流密度对薄膜折射率的作用;

真空紫外到深紫外波段基底材料的光学特性

研究了真空紫外到深紫外波段常用的基底材料，给出了常用基底材料的光学特性和在真空紫外波段的截止波长，测量了这些材料在120～500nm的透过率，给出了通过透过率计算弱吸收基底光学常数的计算方法，并用该方法得到了熔石英、氟化镁晶体、氟化钙晶体、氟化锂晶体在120～500nm的折射率和消光系数，对这些常用基底的使用范围和特点进行了一定的比较和分析，并将所得基底的光学常数与公开发表的文献进行了比较，证明了所得结果的可靠性。

多脉冲激光作用下光学薄膜损伤的累积效应

研究了高反射膜在多脉冲激光作用下损伤的累积效应·实验中使用1064nm调Q的Nd∶YAG激光器,脉宽是12ns,频率为10Hz·实验发现:高反射膜的损伤阈值随辐照脉冲数增加而降低,表现出明显的累积效应·通过对损伤阈值和损伤概率以及辐照次数的统计性研究,并结合单脉冲辐照的结果,说明了存在于薄膜中微小的缺陷参与了多脉冲激光对薄膜的损伤过程,得到了制备IBS高反射膜的损伤阈值和照射次数的关系式,用Nomarski偏光显微镜观察了实验过程中样品的损伤形貌,发现是典型的缺陷损伤·

光学薄膜膜厚自动控制系统的研究

介绍了一种利用光电极值法同时控制规整膜系和非规整膜系的方法,利用VC++编写程序实现对光学监控信号的采集、处理及停镀点的自动判断,实现了规整膜系和非规整膜系膜层厚度的自动控制.并利用该膜厚自动控制系统实验制备了规整膜系和非规整膜系多层膜,实验结果表明:利用该系统镀制的薄膜重复性良好,且光谱曲线和理论光谱曲线吻合较好.该系统解决了非规整膜系的监控问题,由计算机控制膜层的停镀点,排除了人的主观因素对薄膜的性能及其制备的重复性产生的影响,提高了薄膜镀制的重复性和成品率.

沉积温度对HfO_2薄膜残余应力的影响

用电子束蒸发方法制备了HfO2薄膜,根据镀膜前后基片曲率半径的变化,用Stoney公式计算了薄膜应力,讨论了沉积温度对薄膜残余应力的影响.结果发现,HfO2薄膜的残余应力均为张应力,应力值随沉积温度的升高先增大后减小,在280℃左右出现极大值.对样品进行了XRD测试,从微观结构上对实验结果进行了分析,发现微结构演变引起的内应力变化是引起薄膜残余应力改变的主要因素,HfO2薄膜在所选沉积温度60～350℃内出现了晶态转变,堆积密度随温度升高而增大.

不同类型蒸发源对平面夹具薄膜均匀性的影响

分析了几种可能的实际蒸发源与薄膜均匀性的关系,其中包括扩展的平面蒸发源和曲面蒸发源。通过实验论证了薄膜均匀性对蒸发源尺寸和蒸发特性的依赖关系。得到的分析结果表明:当蒸发源半径和夹具高度的比值小于1/17时,蒸发源可以被视为一个点面源;大于1/10时,应当把蒸发源视为面面源进行考虑。当挖坑深度和蒸发源半径的比值介于0和0.5之间时,挖坑对薄膜均匀性造成的影响基本可以忽略;大于0.6时,挖坑效应明显影响薄膜的均匀性。

重复率激光作用下光学薄膜损伤的累积效应

使用脉宽12 ns,频率10 Hz的1064 nm调Q Nd:YAG激光器,研究了高反射膜在重复率激光作用下的损伤的累积效应。实验发现,高反射膜的损伤阈值随辐照脉冲数增加而降低,表现出明显的累积效应。通过对损伤阈值和损伤概率以及辐照次数的统计性研究,并结合单脉冲辐照的结果,说明了存在于薄膜中微小的缺陷参与了多脉冲激光对薄膜的损伤过程。可用预损伤机制解释实验结果。得到了关于IBS制备的高反射膜的损伤阈值和照射次数的关系式,并用实验结果进行验证,发现具有很好的一致性。实验过程中样品的损伤形貌通过Nomarski偏光显微镜进行了观察,发现是典型的缺陷损伤。

平面行星夹具均匀性修正挡板设计方法研究

众多光学系统对其关键环节大尺寸多层光学薄膜提出了越来越复杂的光谱要求,相应地对各个单层膜的厚度容差要求越来越严格。在整个基底表面,每一层都需要沉积得相当均匀。因为,任何单层的非均匀性将增加最终的膜厚误差。随着平面行星夹具广泛地应用于大尺寸光学薄膜制备,必须实现对行星夹具的均匀性有效控制。本文建立了平面行星夹具薄膜沉积无量纲模型,通过对夹具上各点的运动轨迹分析,提出了停留概率修正法,获得的理论均匀性与实验结果吻合。用此法设计出单片修正挡板将夹具560 mm范围内的不均匀性从4%改进到6‰。

薄膜厚度对HfO_2薄膜残余应力的影响

HfO2薄膜是用电子束蒸发方法制备的,利用ZYGO干涉仪测量了基片镀膜前后曲率半径的变化,计算了薄膜应力。对样品进行了XRD测试,讨论了膜厚对薄膜残余应力的影响。结果发现不同厚度HfO2薄膜的残余应力均为张应力,应力值随薄膜厚度的增加而减小,当薄膜厚度达到一定值后,应力值趋于稳定。从微观结构变化对实验结果进行了分析,发现微结构演变引起的本征应力变化是引起薄膜残余应力改变的主要因素。

波长1064nm脉冲激光高阈值反射膜的研制

研究 Ｈｆ Ｏ２／ Ｓｉ Ｏ２ 高反射膜的制备工艺及其激光诱导损伤阈值的比较测试，分别采用了反应蒸镀 Ｈｆ Ｏ２、反应离子辅助蒸镀 Ｈｆ Ｏ２、反应离子辅助蒸镀金属 Ｈｆ 的源材料形成 Ｈｆ Ｏ２ 薄膜。采用这三种工艺制备了 Ｈｆ Ｏ２ ／ Ｓｉ Ｏ２ 高反射膜，在中心波长 １０６４ｎｍ 处，反射率 Ｒ≥９９．５％ ，其中反应蒸镀 Ｈｆ Ｏ２ ／ Ｓｉ Ｏ２ 高反射膜损伤阈值最高，可达 ６０ Ｊ／ｃｍ ２（１０６４ｎｍ ，５ｎｓ）。

光学薄膜中节瘤缺陷研究进展

结合本实验室及国内外同行的工作进展,概括性地介绍了光学薄膜中节瘤缺陷的生长特性、结构特征和损伤特性,以及激光预处理和破坏修复技术的研究进展。节瘤种子的尺寸、形状和表面特性决定了节瘤缺陷的尺寸、边界结构的连续性和表面形貌特征。节瘤种子的来源主要有基底加工和清洗过程的残留物,镀膜过程中真空室的污染和蒸发材料的喷溅,并给出了相应的抑制方法。节瘤的电场增强效应是导致节瘤缺陷易损伤的另一个重要原因。节瘤缺陷的激光预处理和破坏坑的修复技术可以提高光学薄膜的抗激光损伤能力。

Q开关Nd:YAG脉冲激光对红外滤光片的损伤效应

介绍了由滤光片膜层结构决定的激光在光学薄膜中形成温度场及驻波场特性。用 1.0 6 μm调Q Nd :YAG激光器 ,在激光脉冲宽度 10ns和光斑直径 0 .6 1μm的条件下 ,进行了激光辐照红外滤光片的损伤特性实验研究。根据脉冲激光辐照红外滤光片后样品损伤分析 ,发现滤光片的最初损伤发生在里面的膜层中 ,从而在实验上验证了计算得到的滤光片膜层中存在其温度场及驻波场的结果。

微缺陷对薄膜滤光片环境稳定性的影响

用热蒸发方法沉积了薄膜滤光片.并将样品分别在去离子水中浸泡10天和30天.通过分光光度计、光学暗场显微镜、及扫描电子显微镜等多种测试手段,对诱导透射滤光片在潮湿环境下的稳定性进行了研究.实验发现,在潮湿环境下滤光片产生的膜层分离都是从薄膜中微缺陷点处开始发生和发展的,微缺陷是影响滤光片环境稳定性的重要原因之一,其中杂质和针孔是滤光片中两种最常见的微缺陷.EDS能谱分析进一步表明,薄膜中杂质缺陷成分即为Al2O3膜料本身,所以不能推测,薄膜沉积中的喷溅可能是微缺陷产生的根本原因,抑制喷溅可以有效提高薄膜滤光片的环境稳定性.最后还用扩散理论对微缺陷引起滤光片失效的机理进行了分析.

高光洁度玻璃基片的表面散射和体散射测量

提出了一种利用总积分散射（TIS）测量K9玻璃基片表面散射和体散射的实验方法。首先采用磁控溅射技术在基片表面沉积厚度为几十nm的金属Ag薄膜，然后将基片的表面和体区分开考虑，通过TIS测得了基片上下表面的均方根粗糙度。进而求得基片的总散射和表面散射．最后计算得到了体散射。分别利用TIS和原子力显微镜（AFM）测量了3个样品上表面所镀Ag膜的均方根粗糙度．两种方法所得的均方根粗糙度的数值相差不明显，差值分别为0．08，0．11和0．09nm，表明TIS和AFM的测量结果相一致。利用该方法测得3块K9玻璃基片的总散射分别为6．06×10^-4，5．84×10^-4和6．48×10^-4，表面散射介于1．25×10^-4．56×10^-4之间，由此计算得到的体散射分别为3．10×10^-4，3．30×10^-4和3．61×10^-4。

沉积温度对LaF_3薄膜性能的影响

在189,255,277和321℃的沉积温度下用热舟蒸发方法制备了LaF3薄膜。通过X射线衍射(XRD)测试了薄膜的晶体结构;采用分光光度计测量了薄膜的透射光谱,并计算得到样品的折射率、消光系数和截止波长;利用光学干涉仪测试得到了薄膜的残余应力;采用三倍频Nd:YAG脉冲激光测试了薄膜的激光损伤阈值。结果表明:随沉积温度的提高,LaF3薄膜的结晶状况明显变好,晶粒尺寸逐渐变大;膜层变得更加致密,折射率变大,然而薄膜吸收变得严重,截止波段向长波漂移,同时薄膜的残余应力也增加,内应力在薄膜的残余应力中起着决定作用;薄膜的激光损伤阈值在高温制备时相对较高。

脉宽压缩光栅用多层膜制备和性能测试

给出了以413nm作为写入波长,1053nm作为使用波长的多层介质光栅膜的设计,计算表明膜系H3L(H2L)^9H0.5L2.03H满足光栅膜的要求·最后给出了制备得到的样品光学特性测试,结果表明在使用波长和曝光波长处满足设计要求,其抗激光损伤阈值在光正入射和51.2°入射时分别为14.14J/cm2和9.32J/cm2,膜系的应力表现为压应力·

电子束、离子辅助和离子束溅射三种工艺对光学薄膜性能的影响

运用电子束、离子辅助和离子束溅射三种镀膜工艺分别制备光学薄膜,包括单层氧化物薄膜和增透膜,然后采取一系列测试手段,如Zygo轮廓仪、原子力显微镜、表面热透镜技术和X射线衍射等技术,来分析和研究不同的工艺对这些薄膜性能的不同影响,以判断合理的沉积工艺。