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上光所在激光薄膜方面的系列进展

上光所在激光薄膜方面的系列进展

本文摘要:近年来,激光技术的很快发展推展了光学薄膜空前的变革。有所不同的激光系统对薄膜元件具有各种各样的性能需求,例如:特定波长范围内的浮/反射率、较低的波前畸变,以及低的激光受损阈值。为了获得理想的光谱性能,首先必须展开严苛的薄膜设计。 尽管通过商业化的膜系由设计软件需要取得特定的光谱性能,但是,应用于高功率激光系统的光学薄膜,还须要同时具备低的激光受损阈值和较低的薄膜形变。

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近年来,激光技术的很快发展推展了光学薄膜空前的变革。有所不同的激光系统对薄膜元件具有各种各样的性能需求,例如:特定波长范围内的浮/反射率、较低的波前畸变,以及低的激光受损阈值。为了获得理想的光谱性能,首先必须展开严苛的薄膜设计。

尽管通过商业化的膜系由设计软件需要取得特定的光谱性能,但是,应用于高功率激光系统的光学薄膜,还须要同时具备低的激光受损阈值和较低的薄膜形变。中国科学院上海光学精密机械研究所光学薄膜研究与发展中心(全称薄膜中心),隶属于中国科学院强劲激光材料重点实验室,致力于研发高功率、极强超快和空间等激光系统所需的薄膜元件。

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高功率激光薄膜自上个世纪七十年代开始,薄膜中心就开始积极开展膜层中电场和温度场产于对光学薄膜受损阈值的影响。研究结果表明,对于水解铪/氧化硅(HfO2/SiO2)多层膜,HfO2膜层中的电场强度就越较低,最弱电场所处的方位,离空气-膜层界面越大,多层膜的受损阈值就越高。此外,将外保护层和内保护层的思想运用于激光薄膜的膜系由设计,以提升薄膜元件的力学强度,并诱导某些特定的受损形貌,进而提高激光受损阈值。

薄膜总形变还包括源于各个膜层及其膜层界面形变的贡献。在薄膜总形变方面,由于各种镀膜材料的形变有所不同,调整有所不同镀膜材料的厚度比,是均衡薄膜总形变的有效地手段。因此,薄膜中心发展了一套系统的激光薄膜设计方法,还包括:序性能、电场产于、外保护层和内保护层的优化设计,以及形变的均衡。

在薄膜制取过程中,准确的膜层厚度掌控,对取得优良的光谱性能而言至关重要。我们明确提出一种基于多个光学监控片的膜薄监控方法,为了增加厚度误差,一些坚硬的膜层被拆卸分为两层,由有所不同的光学监控片展开监控。

利用上述方法,可以取得相似理论设计的光谱性能。为了提高激光受损阈值,解读激光受损的源头至关重要。缺失是薄膜在激光电离辐射下产生受损的主要诱因。

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一般来说来讲,减少缺失密度和提升缺失的抗激光受损能力,是提高激光受损阈值的有效地方法。因此,薄膜制取过程中的每一步都必须严格控制。以基片加工与清除为事例,基片打磨过程中产生的纳米级吸收性缺失,不会相当严重减少减反射膜和分光膜的激光受损阈值。同时,基片表面的几何结构性缺失,不会造成低光线多层膜中经常出现内部裂纹与电场强化,最后明显减少激光受损阈值。

为了增加源自基片的缺失,镀膜腔室外和镀膜腔室外分别使用成像清除和等离子体清除的基片清除方法。除了源自基片表面的缺失,镀膜材料的喷溅也是一类最重要的缺失源头。通过优化膜料实熔融过程,以及使用金属铪代替水解铪作为初始镀膜材料,可以有效地减少镀膜材料喷溅引发的缺失。


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