后处理对HfO_2薄膜光学特性及抗激光损伤阈值的影响

利用电子束蒸发技术制备了氧化铪薄膜,并分别用氧气氛下退火和激光预处理两种后处理方法对样品进行了处理。介绍了两种后处理工艺和相关的设备,测试分析了样品的透过率、吸收和抗激光损伤阈值。对比了两种后处理方法对降低吸收和提高激光损伤阈值的效果,讨论了它们的作用原理。实验结果表明,激光预处理能有效降低样品的吸收值,提高样品的抗激光损伤阈值。采用一步法(50%初始损伤阈值)预处理后,三倍频氧化铪薄膜的损伤阈值从13J/cm~2提升到15J/cm~2;采用两步法(依次50%、80%初始损伤阈值)预处理后,三倍频氧化铪薄膜的损伤阈值从13J/cm~2提升到17.5J/cm~2,损伤几率曲线整体向高通量区域平移。     

氧离子辅助法沉积ITO透明导电膜的研究

论述了ITO膜的导电及生长机理,讨论了离子辅助(IAD)电子枪蒸镀ITO膜的方法中,膜的组分、氧分压、衬底温度和蒸发速率等几个参数对ITO膜光电性能的影响,在选择合适的工艺条件下制备ITO膜,电阻率约3×10^-4Ω·cm,可见光平均透过率高于80％。并用原子力显微镜(AFM)对溅射及蒸发膜进行了表面面型测试。     

高性能偏振膜的研制

综述了国内外科研人员在高性能偏振膜的研制方面开展的工作,主要涉及偏振膜光谱性能、抗激光损伤阈值和膜层应力控制等方面的研究。针对我国神光系列装置对偏振膜的性能要求,简述了中国科学院上海光学精密机械研究所采用电子束沉积技术在光谱性能、损伤阈值和面形精度三个方面开展的研究工作。给出了在薄膜设计、制备和后处理等方面进行的研究和取得的进展。结合上述研究成果,得到了低缺陷密度、低应力的高性能偏振膜。由本科研团队研制的布儒斯特角薄膜偏振器在在2012年和2013年SPIE激光损伤国际会议(SPIE Laser Damage)组织的全球性偏振膜激光损伤阈值水平竞赛中连续取得了p分量损伤阈值和平均损伤阈值最佳的结果。另外,通过解决应力诱导膜层龟裂的重大技术问题,在国内首先推出了大口径偏振片,该大口径偏振片满足透射率TP98%,反射率RS99%的光谱性能要求和17J/cm2(9ns)的通量运行要求,有力支撑了我国SGII-UP大型激光装置的稳定运行。     

离子后处理对TiO2光学薄膜及损伤特性的影响

为了进一步提高TiO_2薄膜的光学特性和激光损伤阈值,采用电子束蒸发技术在K9玻璃上沉积了单层TiO_2薄膜,并用Ar/O混合等离子体对样品进行后处理。通过研究薄膜光谱特性、表面缺陷密度、薄膜表面形貌、薄膜损伤阈值以及薄膜损伤形貌,分析了等离子体后处理时间对TiO_2薄膜激光损伤特性的影响。实验结果表明,随着等离子体后处理时间的增加,薄膜折射率及致密度提高,物理厚度减少,表面粗糙度下降,表面缺陷密度先减少后增加;在1 064nm激光辐射下,TiO_2薄膜的激光损伤阈值从未经等离子后处理的5.6J/cm~2提升至后处理20min的9.65J/cm~2,提升幅度高达72.3%,因此能够更广泛更稳定地应用在激光器中。     

光纤激光诱导背面干法刻蚀制备二元衍射光学元件

为了降低激光直接辐照透明介电材料的表面加工粗糙度和激光能量密度刻蚀阈值,提高微光学元件的产出率,介绍了一种用固体介质作吸收层,激光直接作用在透明光学材料上进行微纳加工的激光诱导背面干法刻蚀工艺。首先,选用95氧化铝陶瓷作固体材料辅助吸收层,应用中心波长为1 064 nm的掺镱光纤激光器,在3.2 mm厚的熔融石英玻璃表面刻蚀了亚微米尺度的二维周期性光栅结构。然后,对刻蚀参数进行拟合并探讨了激光能量密度对刻蚀参数的影响。最后,观察该二元光学元件的衍射花样图形并讨论其衍射特性。实验制备了槽深为4.2 μm,槽底均方根粗糙度小于40 nm,光栅常数为25 μm的二维微透射光栅,其刻蚀阈值低于7.66 J/cm²。结果表明,应用该工艺制备二维透射光栅,降低了激光刻蚀透明材料的密度阈值及加工结构的表面粗糙度。     

紫外激光单脉冲辐照损伤金属薄膜的数值模拟研究

针对不同厚度的镍膜以及金膜,利用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics研究了波长248nm、矩形脉冲宽度14ns激光辐照损伤阈值随膜厚变化的物理过程。本研究与他人的理论计算和实验测得的结果基本一致,研究表明:在高强度单脉冲激光均匀辐照下,金属薄膜表面的损伤主要是由于激光能量在其材料内部的沉积而导致的热效应引起的;当金属薄膜的厚度小于其光学吸收长度时(镍膜厚度<8nm,金膜厚度<12nm),其熔融损伤阈值随着薄膜厚度的增加而减小;当薄膜厚度大于光学吸收长度而小于其热扩散长度时(镍膜厚度8~730nm,金膜厚度12~1 050nm),其熔融损伤阈值随薄膜厚度增加而线性增加;当薄膜厚度大于其热扩散长度时(镍膜厚度>730nm,金膜厚度>1 050nm),其熔融损伤阈值随薄膜厚度的增大基本保持不变。     

激光清洗硅片表面Al2O3颗粒的试验和理论分析

以KrF准分子激光器为激光源,对目前工业上常用的硅片研磨抛光液的主要成分Al₂O₃颗粒进行激光清洗的试验和理论分析。建立一维热传导模型,利用有限元分析软件MSC.MarC模拟硅片表面的温度随激光作用时间和能量密度的分布。通过理论计算,量化了颗粒所受到的清洗力以及其与硅片表面之间的粘附力,理论预测出1 μm Al₂O₃颗粒的激光清洗阈值为60 mJ/cm²。在理论分析的指导下,利用248 nm、30 ns的KrF准分子激光进行单因素试验,研究激光能量密度、脉冲个数、激光束入射角度对激光干法清洗效率的影响,并且实验验证了清洗模型以及场增强效应对激光清洗结果的影响。     

高能离子束辅助沉积制备钛纳米膜

用离子束溅射沉积和高能离子束辅助沉积方法制备了具有择尤性的钛纳米薄膜,并采用原子力显微镜、X射线衍射仪和俄歇电子谱仪研究了试样表面预处理、离子束流和温度等离子束工艺参数对钛薄膜结构的影响。结果表明：离子束溅射沉积的钛膜在[002]和[102]晶向上呈现出明显的择尤生长现象,并分别在该两个晶向上表现出纳米晶型和非纳米晶型结构;当用高能离子束辅助沉积时,[102]晶向择尤生长现象消失,且钛膜的结构对束流变化较为敏感,束流较低时,钛膜为纳米结构且择尤生长现象减弱,而束流增加时晶粒长大,择尤生长现象叉增强。另外钛膜容易受到氧的污染,并随辅助离子强度增加而增强。     

基于离子束溅射Ta2O5薄膜的紫外吸收膜技术

为获得高性能紫外激光薄膜元件,急需研制紫外高反射吸收薄膜,实现吸收损耗的精确测量。本文采用离子束溅射技术,通过调控氧气流量实现了具有不同吸收的Ta_2O_5薄膜的制备。以Ta_2O_5薄膜作为高折射率材料,设计了355nm的紫外高反射吸收薄膜。采用离子束溅射沉积技术,在熔融石英基底上制备了355nm的吸收薄膜,对于A=5%的紫外吸收光谱,在355nm的透射率、反射率和吸收率分别为0.1%,95.0%和4.9%;对于A=12%的紫外吸收光谱,在355nm的透射率、反射率和吸收率分别为0.1%,87.4%和12.5%。实验结果表明,采用离子束溅射沉积技术,可以实现不同吸收率的355nm高反射吸收薄膜的制备,对于基于光热偏转测量技术的紫外光学薄膜弱吸收测量仪的定标具有重要的意义。     

用X射线反射测量法表征双层结构中 低原子序数材料的特性

介绍了用X射线反射测量术表征双层薄膜中低原子序数材料特性的方法。由于低原子序数材料的光学常数与Si基板材料的光学常数非常接近,用X射线反射法确定镀制在Si基板上的低原子序数材料膜层结构的变化十分困难,因此,提出了在镀制低原子序数材料前,首先在基板上镀制一层非常薄的金属层的方法。实验中,选用Cr作为金属层材料,制备并测试了三种不同C膜镀制时间的Cr/C双层薄膜。反射率曲线拟合结果表明,C膜密度约为2.25 g/cm³,沉积速率为0.058 nm/s。     

ZnO薄膜非线性光学特性的实验研究

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上生长一层高质量的ZnO薄膜。为了考察沉积温度对样品的非线性特性的影响,在200~500 ℃生长了一系列ZnO薄膜。用X射线衍射谱(XRD)及扫描电镜(SEM)对样品结构进行了评价。以Nd:YAG激光器输出的1.06 μm的激光为基频光,对ZnO薄膜样品的二阶及三阶非线性光学特性进行了实验研究。实验发现,对于250 ℃沉积温度的样品有较强的非线性效应,实验测得的二阶非线性极化张量 χ ⁽²⁾_ZZZ=9.2 pm/V, 三阶有效非线性系数χ⁽³⁾=5.28×10^－20 m²/V²。     

高功率CO_2激光对远场HgCdTe探测器的干扰实验

理论分析和实验研究了高功率CO2激光对远场光导型长波红外HgCdTe探测器的干扰损伤。采用激光辐照探测器的温升理论模型,根据实验参数,讨论了高功率激光对长波红外探测器的损伤机理,计算了温升与辐照时间和功率的关系,并和CO2激光器在距离15km处辐照光导型长波红外HgCdTe探测器的实验结果进行对比分析。实验结果表明,2.5kW连续CO2激光经过大气衰减后在15km处激光功率密度可达0.161W/cm2,计算可知此时会聚到探测器靶面处的功率密度为140W/cm2;靶面处功率密度为20.5W/cm2时,对探测器产生干扰;靶面处功率密度为110W/cm2时,达到损伤,计算此时探测器表面温度已达到Hg析出温度,这一实验现象和理论计算预期结果相吻合。实验结论对研究探测器的激光防护和激光干扰星载探测器技术具有指导意义。     

Weak absorption test and defect analysis of optical coatings

1Introduction Inmodernoptics,especiallylasertechnolo gy,absorptionisoneofthemostimportant characterswhichmustbeconsidered,notonly foropticalproperties,butalsoforlaser induced damagethreshold(LIDT).Forexample,ab sorptiondefecthasplayedagreatroleinfluen cinglaserinduceddamagebehaviorsofthedie lectricopticalcoatings.Inmanyapplications,veryweakabsorption,1×10-6orless,should bemeasuredandcontrolled.However,thesensitivityofthebestregular spectrometerisonlylowto0.1%.Solutionshad beenfoundtoresolve…     

Mg(PO3)2-BaF2-AlF3系统玻璃的振动谱研究

应用红外及拉曼光谱研究了Mg(PO₃)₂-BaF₂-AlF₃系统氟磷玻璃的结构特征.证实了双键氧(P=O)及由Al(O.F)₄四面体和P(O.F)₄四面体所混合构成的网络结构存在于玻璃之中.在拉曼光谱中,V_Ba-F、V_Mg-F和V_Al-F振动吸收峰分别出现在480-510cm^-1、530-550cm^-1和580cm^-1处.根据红外及拉曼光谱的结果得出:随系统中氟化物含量的增加,玻璃结构逐渐由聚磷酸盐转变为焦磷酸盐和一氟正磷酸盐混合物,同时双键氧(P=O)消失.     

反应性离化团束制备光学薄膜新技术

本文叙述了离化团束淀积光学薄膜的基本概念及特性,研制了离化团束淀积光学薄膜装置,开展了光学薄膜晶体结构与性能关系的研究。所研制的光学薄膜的牢固性相当好。基底不加温就可以得到ZnS、MgF₂的硬膜。反应性离化团束淀积的ZnO光学薄膜具有优良的织构,SiO₂光学薄膜呈现多晶结构。     

Structure analysis of sputter-coated and ion-beam sputter-coated films: a comparative study

Gold, platinum and tungsten films were deposited by low energy input (7 mA, 450 V), or high deposition rate (80 mA, 1500 V), diode sputter coating and by ion beam sputter coating. Film structures on Formvar coated grids and on the surface of coated erythrocytes, resin embedded, sectioned, and recorded at high magnification in a TEM were compared using computer-assisted measurements and analysis of film thickness and grain size. The average grain size of the thinnest gold and platinum films was relatively independent of the mode or rate of deposition but as the film thickness increased, significant differences in grain size and film structure were observed. Thick platinum or gold films deposited by low energy input sputter coating contained large grain size and electron transparent cracks; however, more even films with narrower cracks but larger grain size were produced at high deposition rates. Ion beam sputter coated gold had relatively large grain size in 10 nm thick films, but beyond this thickness the grains coalesced to form a continuous film. Platinum films deposited by ion beam sputter coating were even and free of electron transparent cracks and had a very small grain size (1–2 nm), which was relatively independent of the film thickness. Tungsten deposition either by low energy input or ion beam sputter coating resulted in fine grained even films which were free of electron transparent cracks. Such films remained granular in substructure and had a grain size of about 1 nm which was relatively independent of film thickness. Tungsten films produced at high deposition rates were of poorer quality. We conclude that thick diode sputter coated platinum and gold films are best deposited at high deposition rates provided the specimens are not heat sensitive, the improvement in film structure being more significant than the slight increase in grain size. Thick diode or ion beam sputter coated gold films should be suitable for low resolution SEM, and thin discontinuous gold films for medium resolution SEM. Diode sputter coated platinum should be suitable for medium resolution SEM and ion beam sputter coated platinum for medium and some high resolution SEM. 1–5 nm thick tungsten films, deposited by low energy input or ion beam sputter coating should be suitable for high resolution SEM, particularly where contrast is of less importance than resolution.     

CW可调谐单频环形染料激光器β-BaB2O4晶体内腔倍频

本文论述了利用β-BaB₂O₄晶体进行内腔连续波环形染料激光器倍频,获得了可调谐单频紫外相干辐射。在292nm附近,用3WAr⁺激光(全谱线)泵浦,得到非线性转换系数～8.33×10^-4W^-1。通过改变相位匹配角,在288～302nm范围内输出连续可调谐紫外谐波。β-BaB₂O₄晶体角灵敏度～27cm^-1/mrad。     

S2分子的激发态与X3Σ-g→B3Σ-u吸收谱研究

S₂分子是一种在能源和激光领域有应用前景的物质,几十年来,人们对S₂分子的电子结构与光谱的研究不断深入。应用量子化学从头算方法(完全活性空间多组态自洽场方法和多参考二阶微扰方法)计算了S₂分子的11个电子态,并与其他文献结果作了比较,得到了与其他文献符合较好的结果;讨论了不同方法对激发态计算的适用性的问题:完全活性空间多组态自洽场方法适用于分子平衡态几何构形的优化,考虑到电子的动力学相关,能量的计算多参考二阶微扰方法更好。计算了S₂分子X³Σ^-_g(v)→B³Σ^-_u的垂直吸收谱,给出了速度规范下基态电子态各振动级X³Σ^-_g(v)垂直跃迁到B³Σ^-_u的振子强度,结果表明S₂分子是一种泵浦范围较宽(350~600 nm)的良好的激光工作物质。