高反射膜抗激光损伤的研究进展

介绍了高反射膜的研究现状和意义,重点综述了高反射膜的制备方法,损伤阈值测定,抗激光损伤性能的研究,以及研究热点,最后对其前景进行了展望。

光学薄膜抗激光损伤的测量

本文着重介绍1.06μm波长固体脉冲激光器对各种光学薄膜抗激光损伤性能的研究。作为研究方法它可以在其它波长、其它类型激光器对光学薄膜抗激光损伤的研究中作为借鉴。

抗激光损伤薄膜的研究

针对工作波长为532nm和1064nm的Nd:YAG倍频激光器,以防护人眼为目的,设计并优化倍频膜系,选用Ta2O5和S iO2作为镀膜材料,采用等离子体辅助蒸发系统制备波长532nm和1064nm处同时高反射的抗激光损伤薄膜。从设计和制备两方面研究提高抗激光损伤阈值的方法,并给出最终设计曲线及实测曲线。

反应电子束蒸发HfO2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HfO2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HfO2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HfO2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HfO2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HfO2薄膜抗1064 nm激光损伤阈值,对制备出基于HfO2薄膜的高性能光学元器件具有重要的参考价值。

提高抗激光损伤性能技术研究进展

讨论了国内外提高抗激光损伤性能的技术方法,指出不同方法的优势。主要从微观组织、材料体系、涂层制备方法、损伤阈值、反射率和吸收率等几个角度展开论述。综述了不同材料制备的涂层提高抗激光损伤性能的研究进展,从微观组织、组织颗粒、新研究方法方面展望未来的研究方向:研究颗粒直径对抗激光损伤性能的影响,并将MATLAB、ANSYS等软件应用到提高抗激光损伤性能研究领域。

SiO2保护膜对高反膜激光损伤特性的改善

为了研究高功率系统中高反膜的损伤机制,对高功率系统中最常用的基频高反膜进行了损伤实验。利用台阶仪、扫描电镜、表面轮廓仪等手段,对实验样品的典型损伤形貌进行了比较和分析。结果表明:保护膜的存在增强了样品的抗激光损伤能力;未加保护膜样品的典型破坏形貌是由材料热物特性差异导致的分层剥落损伤,这类损伤在后续的脉冲辐照下会迅速发展;有保护膜样品的典型破坏形貌是中心带有μm量级小坑的等离子体烧蚀损伤区,其主要是由缺陷受热力作用喷溅导致,小坑附近膜面的凸起是这种力学作用的宏观体现,这类损伤在后续的脉冲辐照中表现得相对比较稳定。保护膜的存在,在一定程度上抑制了分层剥落这种灾难性损伤的出现,改善了样品的损伤特性。

全吸收旋转式高能激光能量计吸收腔设计

为了解决高能激光总能量测量中所面临的抗激光损伤能力问题,设计了一种新型旋转式全吸收激光能量计,具有测量不确定度低、系统结构简单、环境适应性强等诸多优点,尤其在长时间出光的强激光能量测量中具有独特优势。光线追迹软件数值模拟结果表明激光辐照过程中能量逃逸率小于0.3%。利用有限元软件,模拟计算了连续激光辐照下能量吸收体的温度场分布和最高温升情况,给出了热吸收体最高温升与旋转速度的关系,分析了测温探测器安装深度对温度传感器测温曲线的影响。该旋转式能量计完全可以满足数十兆焦耳激光能量测量要求,也为更高能量的激光参数测试提供了一种全新的技术手段。

激光吸收涂层性能研究

为了开展激光吸收涂层性能研究,建立了激光加载吸收涂层样品模型,根据材料物性参数模拟了激光能量耦合过程,分析了不同参数激光加载条件下的温升情况。对铜基底表面碳氮化硅涂层开展了反射特性研究,并通过激光辐照实验,开展了涂层样品的抗激光损伤技术研究,得到了强激光辐照下涂层的温度阈值。本文的研究内容为激光能量测量装置涂层选材及参数设计提供了技术支持。

重频双波长输出(Nd,Ce)∶YAG喇曼频移激光器研究

通过实验对高重频喇曼双波长激光器的关键技术进行了详细的研究 ,成功地实现了频率为 15Hz,1.5 4 μm/ 1.0 6 μm混合激光输出脉冲能量达 2

10.6μm激光分束镜的研制

本文针对激光分束镜的使用要求,着重介绍了10.6μm处1∶1分光且误差不超过±5%薄膜的研究与制备工艺。根据膜系设计基本理论,分别选取Ge和ZnS作为高、低折射率材料,借助膜系设计软件设计满足要求的膜层,并采用电子枪离子辅助沉积系统进行制备。通过优化镀膜工艺参数,在ZnS基底上制备了10.6μm处(透过率/反射率=49.5∶50.5)满足使用要求的薄膜,膜层具有较好的光学性能,其抗激光损伤、牢固度等性能指标均满足要求。

多层介质膜光栅激光预处理(英文)

在N-on-1测试模式下研究了多层介质膜光栅的激光预处理效应。实验发现,激光预处理之后多层介质光栅膜的阈值能提高到处理前阈值的1.5～2.0倍。预处理机制可能是低能量密度激光辐照减少了光栅表面的污染物并降低了光栅表面的粗糙度。激光预处理可以作为优化光栅结构、酸洗等一系列提高多层介质膜光栅阈值方法的一个补充。

激光安全与防护

TN24 2001020924HfO2/SiO2多层高反膜脉冲YAG激光预处理机理的研究=Study of mechanism of HfO2/SiO2 multilayerhigh reflective coatings by pulse YAG laserconditioning[刊,中]/周业为,谢建,李育德,曾传相（四川大学光电系.四川,成都（610064））//激光杂志.—2000,21（2）.-13-13,16研究了HfO2/SiO2多层高反膜脉中YAG激光预处理提高抗激光损伤阈值的机理。通过分析和计算。

两种后处理方法对HfO_2薄膜性能的影响

利用电子束蒸发和光电极值监控技术制备了氧化铪薄膜,并分别用两种后处理方法(空气中退火和氧等离子体轰击)对样品进行了处理.然后,对样品的透过率、吸收和抗激光损伤阈值进行了测试分析.实验结果表明,两种后处理方法都能不同程度地降低了氧化铪薄膜的吸收损耗、提高了抗激光损伤阈值.实验结果还表明,氧等离子体轰击的后处理效果明显优于热退火,样品的吸收平均值在氧等离子体后处理前后分别为34 .8 ppm和9 .0 ppm,而基频(1 064 nm)激光损伤阈值分别为10 .0 J/cm2和21 .4 J/cm2.

不同工艺条件下TiO_2单层膜的吸收和损伤阈值测试

利用电子束热蒸发技术在不同氧分压和烘烤温度下镀制了一系列TiO2单层膜,采用表面热透镜技术测量了样品在1064nm处的弱吸收值,并用激光损伤测试平台测量了样品的抗激光损伤阈值(LIDT)特性。实验结果表明较高的氧分压和较低的烘烤温度能显著减小薄膜的吸收值。不过薄膜在基频下的损伤阈值除了受到薄膜吸收值的影响外,还取决于基底表面的杂质密度,当薄膜吸收较大时,本征吸收对损伤破坏起到主要作用;随着薄膜的吸收逐渐减小,基底表面处的缺陷吸收逐渐取代本征吸收成为影响薄膜损伤阈值的主导因素。

三种不同后处理方式对ZrO_2薄膜性能的影响

采用有氧热处理、激光预处理和离子后处理三种方式对电子束蒸发(EBE)制备的单层ZrO_2薄膜进行了后处理,并分别对样品的光学性能和抗激光损伤阈值(LIDT)特性进行了研究。实验结果表明,热处理方式可以有效排除膜层内吸附的水气,弥补薄膜制备过程中的氧损失,使得光谱短移、吸收减小、损伤阈值增高;激光预处理过程可以在一定程度上减少缺陷、提高损伤阈值,但对膜层的光谱和吸收情况没有明显的改善作用;而离子后处理能够提高膜层的堆积密度、减少缺陷、降低吸收从而提高损伤阈值。由于三种方式处理机制不同,在实际应用中应根据膜层的性能选择合适的处理方式。

湿法刻蚀处理熔石英光学元件研究进展

熔石英光学元件经过精密加工后亚表面存在大量缺陷,这些缺陷在强激光辐照下易引发激光诱导损伤,威胁熔石英元件在紫外激光(351 nm/355 nm)辐照下的正常运行。在湿法刻蚀工艺中,刻蚀液与熔石英材料发生化学反应,钝化亚表面结构裂纹,去除污染杂质,从而降低缺陷对损伤的影响,提高元件抗激光损伤性能。分析了熔石英光学元件的损伤机理,介绍了强酸沥滤、氢氟酸基刻蚀技术及其他湿法刻蚀技术的进展情况,比较了湿法刻蚀中不同刻蚀参数对元件抗激光损伤阈值的影响,总结了该领域的研究现状并对今后的发展趋势进行了展望。