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      上光所在激光薄膜方面的系列進展

      時間:2017-02-05人氣: 作者: 鐳屏科技

      導讀: 近年來,激光技術的迅速發展推動了光學薄膜空前的進步。不同的激光系統對薄膜元件有著各種各樣的性能需求,例如 :特定波長范圍內的透/反射率、低的波前畸變,以及高的激光損傷閾值。


      近年來,激光技術的迅速發展推動了光學薄膜空前的進步。不同的激光系統對薄膜元件有著各種各樣的性能需求,例如 :特定波長范圍內的透 / 反射率、低的波前畸變,以及高的激光損傷閾值。

      為了獲得理想的光譜性能,首先需要進行嚴格的薄膜設計。盡管通過商業化的膜系設計軟件能夠獲得特定的光譜性能,但是,應用于高功率激光系統的光學薄膜,還需同時具有高的激光損傷閾值和低的薄膜應力。中國科學院上海光學精密機械研究所光學薄膜研究與發展中心(簡稱薄膜中心),隸屬于中國科學院強激光材料重點實驗室,致力于研發高功率、超強超快和空間等激光系統所需的薄膜元件。

       

      高功率激光薄膜

      自上個世紀七十年代開始,薄膜中心就開始開展膜層中電場和溫度場分布對光學薄膜損傷閾值的影響。研究結果表明,對于氧化鉿/氧化硅(HfO2/SiO2)多層膜,HfO2 膜層中的電場強度越低,最強電場所處的位置,離空氣 - 膜層界面越遠,多層膜的損傷閾值就越高。此外,將外保護層和內保護層的思想運用于激光薄膜的膜系設計,以提高薄膜元件的力學強度,并抑制某些特定的損傷形貌,進而提升激光損傷閾值。

      薄膜總應力包括來源于各個膜層及其膜層界面應力的貢獻。在薄膜總應力方面,由于各種鍍膜材料的應力不同,調整不同鍍膜材料的厚度比,是平衡薄膜總應力的有效手段。因此,薄膜中心發展了一套系統的激光薄膜設計方法,包括:譜性能、電場分布、外保護層和內保護層的優化設計,以及應力的平衡。

       

      在薄膜制備過程中,精確的膜層厚度控制,對獲得優良的光譜性能而言至關重要。我們提出一種基于多個光學監控片的膜厚監控方法,為了減少厚度誤差,一些較厚的膜層被拆分成兩層,由不同的光學監控片進行監控。利用上述方法,可以獲得接近理論設計的光譜性能。

      為了提升激光損傷閾值,理解激光損傷的源頭至關重要。缺陷是薄膜在激光輻照下產生損傷的主要誘因。通常來講,降低缺陷密度和提高缺陷的抗激光損傷能力,是提升激光損傷閾值的有效方法。因此,薄膜制備過程中的每一步都需要嚴格控制。

      以基片加工與清洗為例,基片拋光過程中產生的納米級吸收性缺陷,會嚴重降低減反射膜和分光膜的激光損傷閾值。同時,基片表面的幾何結構性缺陷,會導致高反射多層膜中出現內部裂紋與電場增強,最終顯著降低激光損傷閾值。為了減少源于基片的缺陷,鍍膜腔室外和鍍膜腔室外分別采用超聲清洗和等離子體清洗的基片清洗方法。

      除了源于基片表面的缺陷,鍍膜材料的噴濺也是一類重要的缺陷源頭。通過優化膜料預熔過程,以及采用金屬鉿取代氧化鉿作為初始鍍膜材料,可以有效地降低鍍膜材料噴濺引起的缺陷。



       

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