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.     

外加偏置电场对类金刚石薄膜激光损伤形貌影响研究

研究了使用非平衡测控溅射技术沉积的类金刚石(DLC)薄膜其抗激光损伤能力;通过对比施加偏置电场前后薄膜的损伤情况,发现:DLC薄膜施加偏置电场后,薄膜的激光损伤区域内有大量丝状薄膜,损伤形貌存在明显不同,损伤面积减小;薄膜的激光损伤情况得到改善。实验结果显示,外加偏置电场对DLC薄膜的损伤有影响。认为:激光在DLC薄膜中激励产生的光生电子在电场的作用下产生快速漂移,间接降低了激光辐照区域内的局部能量密度,减缓了薄膜的石墨化,提高了DLC薄膜的抗激光损伤能力。     

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。     

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。     

飞秒激光与金膜作用的脉冲累积效应

采用1kHz飞秒激光（脉宽148fs，中心波长775nm）对石英衬底的金膜的烧蚀过程进行了研究．单脉冲与多脉冲的烧蚀阈值可以通过烧蚀点的直径平方与所用的激光能流的关系曲线获得．通过累积能流和烧蚀脉冲数的关系，可以得到金膜的脉冲累积因子．采用飞秒激光加工材料的一些特点可以合理解释单脉冲阈值附近获得的一些实验现象．     

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.     

毫秒激光致光学薄膜损伤阈值的测试与分析

根据ISQ-11254分别测量了脉宽1 ms,波长1 064 nm激光作用下TiO2/SiO2高反膜、增透膜的损伤阈值,结合高分辨率CCD和光学显微镜观测了损伤形貌,分析了毫秒量级激光损伤光学薄膜的损伤机理.结果表明:脉宽1 ms激光作用下TiO2/SiO2增透膜的损伤阈值为高反膜的2.4倍,损伤区域为若干分离的损伤点...     

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.     

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。