193nm薄膜激光诱导损伤研究

概述了193nm薄膜激光诱导损伤的研究进展.通过对紫外到深紫外波段几种典型薄膜损伤形貌的介绍,对比分析了193nm薄膜激光诱导损伤的可能原因.指出在该波段的氧化物薄膜损伤中,吸收是导致薄膜大块损伤的重要因素,而氟化物的薄膜损伤则是由沉积过程的膜层局部缺陷造成.根据薄膜样品的损伤分析表明,薄膜的某些制备参量与激光损伤阈值...     

HfO2／SiO2薄膜缺陷及激光损伤特性分析

对光学中心镀制的HfO2/SiO2高反、增透和偏振膜等,用台阶仪、Normaski和原子力显微镜详细分析了薄膜表面的微结构缺陷如孔洞,划痕和节瘤的形状,以及缺陷对应的激光损伤图貌.原子力显微图貌显示,节瘤缺陷表现为薄膜表面突起光滑圆丘,直径多为2～10 μm,为微米量级的膜料颗粒在镀膜过程中溅入薄膜形成.脉宽10 ns波长1064 nm的激光损伤实验表明,缺陷是薄膜激光损伤的主要诱导源,其中以节瘤缺陷的损伤阈值最低,划痕次之,孔洞最高,薄膜的零概率激光损伤阈值主要由节瘤缺陷的激光损伤能流密度决定.对应不同的缺陷,高反膜的激光损伤通常表现为孔洞,疤痕和层裂,疤痕为薄膜表面激光烧伤形成,层裂主要为激光强电场在膜层中形成驻波电场,造成应力变化所致,孔洞为节瘤缺陷激光损伤后形成,形状与大小和薄膜固有孔洞相似,直径多小于15 μm,其激光再损伤能力也与薄膜固有孔洞相似.激光损伤创面的台阶仪分析表明,HfO2/SiO2高反薄膜未镀SiO2半波覆盖层时,1-ON-1激光损伤使薄膜表面粗糙外凸,而镀了SiO2半波覆盖层的薄膜,激光损伤面内凹,表面光滑,抗激光再次损毁能力较前者强.(OH5)     

不同方法制备的Ta2O5薄膜光学性能和激光损伤阈值的对比分析

采用电子束蒸发(EBE)和离子柬溅射(IBS)制备了不同的Ta2O5薄膜,同时对电子束蒸发制备的薄膜进行了退火处理.研究了制备的Ta2O5薄膜的光学性能、激光损伤阈值(LIDT)、吸收、散射、粗糙度、微缺陷密度和杂质含量.结果表明,退火可使电子束蒸发制备的薄膜的光学性能得到改善,接近离子柬溅射的薄膜的光学性能.电子束蒸发制备的薄膜的损伤阈值较低的主要原因在于吸收大,微缺陷密度和杂质含量高,而与薄膜的散射和粗糙度关系不大.退火后薄膜的吸收和微缺陷密度都明显降低,损伤阈值得到提高.退火后的薄膜损伤阈值仍然低于溅射得到的薄膜损伤阈值是因为退火并不能降低膜内的杂质含量,因此选用高纯度的蒸发膜料和减少电子柬蒸发过程中的污染有可能进一步提高薄膜的损伤阈值.     

氧化物薄膜的激光预处理效应研究

对高功率激光薄膜常用的HfO2/SiO2、ZrO2/SiO2、ZrO2/SiO2+Y2O3/SiO2和Ta2O5/SiO2等膜料镀制的高反膜,采用N-ON-1激光运行方式,即对薄膜单点辐照的激光能量密度,以薄膜损伤阈值的50%开始,由小到大直到薄膜发生损伤,进行激光预处理效应研究.实验表明,HfO2/SiO2高反膜的激光预处理效果最好,激光损伤阈值提高3倍以上,ZrO2/SiO2和ZrO2+Y2O3/SiO2次之,提高1.5倍以上,而Ta2O5/SiO2较差,几乎没有激光预处理效应.对HfO2/SiO2薄膜激光预处理研究发现,其效应有两种形式,薄膜激光老化和薄膜表面缺陷低能量密度激光清除.薄膜激光老化是指没有缺陷的薄膜经预处理后损伤阈值大幅度提高,一般为2倍以上,薄膜缺陷激光清除是指以节瘤为代表的低能量密度损伤缺陷,以其损伤阈值附近的能量损伤,形成10 μm左右的孔洞等轻微损伤创面,其激光再损伤能力大幅度提高,达3倍以上,并且效果是永久性的.薄膜激光损伤尺度和程度对光谱性能影响的实验表明,直径小于200 μm的疤痕,孔洞等轻度损伤几乎没有影响,直径大于500 μm的层裂和疤痕,反射率下降小于10%,表明薄膜激光损伤程度对光学性能的影响有较大的差异,因而对于高反膜,损伤阈值不应以单纯的激光损伤为判断依据,应以不影响工程实际应用,即功能性激光损伤阈值为依据.(OH6)     

红外激光薄膜表面缺陷研究

薄膜缺陷是影响红外激光薄膜元件抗激光损伤的重要因素之一,长期以来一直是人们关注和研究的问题。本文介绍了红外激光薄膜缺陷的种类、特点及成因,在此基础上,分析了不同厂家镀膜材料与不同镀膜速率对薄膜表面缺陷密度的影响,并且得出了镀制激光薄膜所需的合适材料与速率,最后利用有限元方法对典型的节瘤与陷穴缺陷受激光作用进行了模拟分析,结果表明:节瘤缺陷种子深度小且直径大的缺陷产生的温升与应力较大,陷穴缺陷随直径增大,其产生的温升与应力也较大。     

脉冲激光沉积薄膜专家系统

脉冲激光淀积技术是制备薄膜的先进技术之一,具有膜成分容易做到与靶成分一致、便于控制淀积条件、适用面宽、淀积速率高、易于引入新技术等特点.为了使脉冲激光淀积技术智能化、简便化,研究开发出了"脉冲激光淀积薄膜专家系统".该专家系统具有薄膜基片选择、淀积参数确定、实验结果总结、相关数据查询等功能.本文首先阐述了该专家系统的设计思想和工作原理,然后介绍了该专家系统的功能和结构;最后对该专家系统的适用条件和进一步拓展的目标进行了讨论.利用该专家系统,成功地指导了掺钛氧化钽薄膜和钛酸锶钙薄膜的制备.(OH16)     

ArF准分子激光对氟化物高反射薄膜的诱导损伤

为了研究特定模式下氟化物高反射薄膜的损伤机理,采用相衬微分干涉显微镜、原子力显微镜和台阶仪对不同工艺条件下制备薄膜的损伤区域逐步进行对比分析,在薄膜沉积温度增加后,随着薄膜体内聚集密度的增加,薄膜激光损伤阈值有所提升;对于规整膜系,体内驻波电场强度分布对薄膜损伤也有较大影响。结果表明,根据薄膜损伤形貌和损伤深度综合推断,制备的高反射薄膜损伤是由薄膜体内的聚集密度和电场强度分布所共同引起。该实验结果为下一步继续研究高性能激光反射薄膜打下了基础。     

355 nm增透膜的设计、制备与性能

用热舟蒸发法结合修正挡板技术制备了355 nm LaF3/MgF2增透膜,并对部分样品进行了真空退火.采用Lambda 900光谱仪测试了增透膜的低反光谱和透射光谱,并考察了其光谱稳定性;使用脉冲8 ns的355 nm激光测试了增透膜的激光损伤阈值(LIDT);采用Normarski显微镜对增透膜的表面缺陷密度和破斑形貌进行了观察.实验结果表明,制备得到的增透膜的剩余反射率较低,光谱稳定性好;真空退火对增透膜的激光损伤阈值没有改善;增透膜的破环形貌为散点形式,结合破斑深度测试表明薄膜的破坏源于薄膜和基底界面的缺陷点.JGSl熔石英基底由于有好的表面状况、固有的高激光损伤阈值和以其为基底的增透膜具有更低的表面场强,使得其上的增透膜有更高的抗激光损伤能力.     

三种不同后处理方式对ZrO2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ZrO2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、提高损伤阂值,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阚值.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.     

飞秒激光作用下薄膜的阈值损伤到膜层剥落

在飞秒单脉冲激光损伤HfO_2/SiO_2薄膜样品实验中,随着激光能量密度升高,膜层从缺陷导致的点损伤发展到整层剥落,损伤区域轮廓由模糊变清晰.研究表明,尺度在纳米量级的颗粒缺陷会产生局部的场增强效应,该效应与薄膜干涉场叠加,造成了阈值损伤阶段损伤区域出现大量损伤点,且由于飞秒激光对包括缺陷在内的薄膜材料的本征损伤特性,使其损伤行为较为确定,随着激光能量的提升,薄膜出现更大面积的规则烧蚀区,此时干涉场的作用上升到主导地位,膜层的整层剥落行为掩盖了缺陷的诱导作用.     

离子束辅助技术在高功率激光薄膜中的应用

从离子束清洗、离子束辅助沉积以及离子束后处理三个方面，介绍了离子束辅助技术在高功率激光薄膜中的应用背景、应用优势以及存在的问题。     

LD泵浦全固体激光器用光学薄膜的研究进展

介绍了二极管泵浦固体激光器（DPSSL）使用的一系列光学薄膜。由于DPSSL的泵浦波长与输出波长不同，泵浦方式、腔型结构及使用的激光材料种类繁多，因此所涉及的薄膜类型也多种多样，包括许多新型截止滤光片、增透膜、高反膜和偏振膜等。分析了此类薄膜元件设计和制备中的关键技术难题，同时对该领域国内外的研究现状进行了报道。     

脉冲激光双光束沉积掺Mg的GaN薄膜的研究

采用脉冲激光双光束沉积系统在Si(111)衬底上生长了掺Mg的GaN薄膜和未掺杂GaN薄膜。利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、室温范德堡霍尔测量及光致发光(PL)光谱对两类薄膜进行对比分析，结果显示，所生长的GaN薄膜均为六方纤锌矿晶体结构，掺Mg可细化所生长的GaN薄膜晶粒。随着掺Mg量的增加，GaN薄膜无需后处理即可由”型导电转化为p型导电，GaN薄膜的光学性能随p型载流子浓度增大而提高；然而掺Mg却导致GaN薄膜结晶质量下降，掺镁量过大的GaN薄膜中p型载流子浓度反而减少，光致发光中黄发射峰增强较大。研究表明通过优化脉冲激光双光束沉积参数无需任何后处理可直接获得高空穴载流子浓度的p型GaN薄膜。     

激光烧蚀制备按尺寸自然分离的纳米Si晶粒

提出了一种将激光烧蚀制备的纳米Si晶粒按尺寸大小进行分离的新方法。在10 Pa高纯环境气体Ar下,采用波长为308 nm的XeCl准分子激光器,固定激光单脉冲能量密度为3 J/cm2,激光烧蚀电阻率为3000Ω.cm的高纯单晶Si靶,在等离子羽轴线正下方2.0 cm处平行放置一系列单晶Si或玻璃衬底来收集纳米Si晶粒。拉曼(Raman)谱测量结果显示,在距靶平行距离为0.5-2.8 cm范围内,所制备的薄膜中均有纳米Si晶粒形成。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了样品的表面形貌,对图中的纳米Si晶粒统计分析表明,随着离靶平行距离的增大,所形成的纳米Si晶粒的平均尺寸逐渐减小。从烧蚀动力学角度对实验结果进行了定性解释,因为不同尺寸的纳米Si晶粒获得了不同的水平速度,所以在重力作用下实现了尺寸的自然分离。     

带角变反镜的组合放大器在神光Ⅱ装置上的实验研究

为了实现神光Ⅱ装置的功率平衡 ,研究了在组合主放大器中插入角变反镜的新方案。报道了新方案在神光Ⅱ装置上获得的工程研究结果 ,包括方案设计要点、在线性能测量与考核以及能量平衡总体实验结果     

激光扫描制备大尺寸超导薄膜的理论分析

提出了利用激光扫描剥离靶材,沉积膜厚分布均匀的大尺寸高温超导薄膜分析模型。利用这模型取得的结果表明:激光扫描方法沉积的薄膜厚度分布依赖于激光扫描半径、靶面与基片的间距。对于一定均匀性程度要求的薄膜,存在一个能获得最大尺寸薄膜的最佳激光扫描半径。实验结果与理论分析基本一致。     

脉冲激光沉积羟基磷灰石薄膜的研究现状

羟基磷灰石(HA)具有优良的生物相容性,被用作植入体涂层材料广泛应用于整形外科、神经外科和牙科方面,利用脉冲激光沉积(PLD)技术制备的HA薄膜具有高的结晶度和结合强度,受到人们的关注。综述了PLD技术制备HA薄膜的研究现状,系统地阐述了沉积过程中工艺参数对薄膜性质的影响,包括靶材的性质、气氛、衬底温度、激光波长和能量密度、缓冲膜等,分析了薄膜的力学特性和生物活性,展望了该项技术的应用前景。     

战术机载激光武器

固体激光器的快速发展,现已能在空中平台的紧凑系统中提供武器级的功率,美国空军正在加速发展战术机载激光武器。首先总结了空军先进战术激光计划的经验教训,评述了战术机载激光武器的发展目标、要求和挑战。然后评述和讨论了激光武装直升机和激光战斗机的发展计划、作战目标、组成和技术特点。最后讨论和分析了高能液体激光器、光谱合成光纤激光器和平面波导激光器的特点、关键技术、最新进展和面临的挑战。     

二氧化钒薄膜用于激光防护时膜层厚度的计算

VO2膜作为相变温度最接近室温的热致相变材料,相变前透过率高,探测器可正常工作,吸收来袭激光能量相变后透过率低,起到保护探测器作用,可用在激光防护领域。膜层厚度对透过率有很大影响,采用吸收膜的特征矩阵方法加以分析,通过VO2膜的折射率及消光系数等光学参数,计算出薄膜相变前后透过率。按照符合透过率相变前75%,相变后5%的薄膜,计算出厚度,结合对溅射产额和溅射速率的计算,可得到制备时间。在硒化锌基片上制备了VO2膜,用红外分光光度计测量出相变前后透过率为79.2%和12.3%。样品经轮廓仪测量得到的厚度与计算得到的厚度基本相符。     

Photolytic deposition of aluminum nitride and oxy-nitride films at temperatures ≤ 350k

Aluminum nitride and oxy-nitride thin films have been deposited on Si(100) substrates at temperatures of 300-350K by gas-phase excimer laser photolysis at 193 nm. The precursors used for this deposition process are trimethylamine alane and ammonia. The properties of these laser-deposited films were studied using scanning electron microscopy, energy dispersive x-ray analysis, and x-ray diffraction. X-ray photoelectron spectroscopy has been extensively used to provide information regarding the chemical compositions on the surface and in the bulk of these laser deposited films, as well as on the chemical states of the components of the films. Well-adhering, smooth, amorphous films of AlN are obtained at a substrate temperature of 350K using this technique.