激光直写法制备条形光波导中的功率密度阈值

采用溶胶-凝胶法(sol-gel)在Si基SiO2衬底上制备了SiO2-TiO2芯层薄膜,构成了以SiO2为下包层,空气为上包层的平面光波导。利用光纤激光器对平面波导的芯层进行直写,结合后续的化学腐蚀工艺得到了SiO2-TiO2条形光波导,并着重研究了激光直写波导过程中存在的功率密度阈值以及阈值随薄膜预热处理温度的变化关系。研究结果表明,激光直写SiO2-TiO2波导存在起始收缩阈值和烧蚀损伤阈值;随着薄膜热处理温度的提高,两个阈值同时增大,其中损伤阈值的增大趋势要大于收缩阈值;因而薄膜可承受的直写光斑直径变小,所得波导宽度显著减小。最后对直写制得条形光波导的导光性能作了测试分析,验证了波导的三维导光性。     

脉冲激光诱导TiO2/SiO2薄膜表面损伤性能实验

高功率的激光系统对光学元件的抗激光损伤性能的要求不断提高。主要研究薄膜在脉冲激光诱导作用下的损伤特性及其机理,实验采用YAG脉冲激光器对TiO2/SiO2薄膜样片进行1-on-1方式的激光诱导。实验结果表明:采用低能量激光诱导对薄膜的光学透过率影响不大。经低能量激光诱导后,薄膜的表面结构缺陷得以修复,表面结构趋于完整,变得均匀和细腻。脉冲激光诱导TiO2/SiO2薄膜样片,激光能量阶较小时,其损伤阈值随能量增加而增加,损伤阈值最大可增加1倍;激光能量阶较大时,其损伤阈值随能量增加而减小。     

单层SiO2和ZrO2薄膜激光辐照损伤的对比

分别采用物理气相沉积和溶胶-凝胶技术在K9基片上镀制了4块光学厚度相近的SiO2和ZrO2单层膜.分别采用椭偏仪、透射式光热透镜和原子力显微镜对两类薄膜的孔隙率、热吸收和微观表面形貌进行了表征;利用Nd:YAG激光器测试了样品的激光损伤阈值(LIDT;1064 nm/8.1 ns),并用光学显微镜观察了两类薄膜的损伤形...     

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)     

减反射薄膜的制备及其性能

使用射频溅射和溶胶-凝胶(Sol-Gel)两种方法在玻璃表面制备SiO2减反射薄膜,比较两种方法制备的薄膜减反效果.分析了Sol-Gel方法中溶胶浓度、陈化时间以及退火温度对薄膜透过率的影响.当溶胶浓度为0.4M、陈化时间为6天以及退火温度达450℃时,制得的样品透过率可达99.3%.采用红外光谱分析了SiO2溶胶及凝胶的结构变化过程,发现随着陈化时间和退火温度增加,Si-O-Si键增强.     

减反射薄膜的制备及其性能

使用射频溅射和溶胶-凝胶(Sol-Gel)两种方法在玻璃表面制备SiO2减反射薄膜,比较两种方法制备的薄膜减反效果.分析了Sol-Gel方法中溶胶浓度、陈化时间以及退火温度对薄膜透过率的影响.当溶胶浓度为0.4M、陈化时间为6天以及退火温度达450℃时,制得的样品透过率可达99.3%.采用红外光谱分析了SiO2溶胶及凝胶的结构变化过程,发现随着陈化时间和退火温度增加,Si-O-Si键增强.     

光学薄膜激光损伤测试平台的构建

设计构建了一光学薄膜激光损伤测试平台,通过图像检测法,激光散射法两种方法综合测试、评价损伤阈值。本系统由激光器、扩束、衰减、分光、散射探测、CCD探测等部分组成。对溶胶凝胶法制备的SiO2薄膜进行激光损伤阈值测试,实验表明,此测试平台可准确的测量损伤阈值,为研究薄膜的抗激光损伤提供了有效的测试手段。     

掺铂WO3-SiO2复合薄膜结构表征和气致变色性能研究

采用溶胶－凝胶法制备WO3－SiO2复合薄膜,对不同温度热处理的复合薄膜及单一组分薄膜的结构和气致变色性能进行了对比分析。XRD分析结果表明,复合薄膜的晶化温度提高、晶化程度降低,存在一定的晶格畸变;IR分析结果表明,在热处理过程中复合薄膜氧化钨分子间不易缩合,分子结构对称性低、变形多。性能测试结果表明,在复合薄膜中,WO3与SiO2之间的相界等结构缺陷为氢气提供扩散通道,使复合薄膜在热处理后气致变色性能优于单一组分薄膜。     

多波长飞秒激光损伤可见光滤光片的实验及机理

针对飞秒激光作用光学该实验条件下薄膜过程中损伤阈值与激光波长的关系问题,利用近红外波段波长可调谐的高重频飞秒脉冲激光,对可见光滤光片光谱通带的过渡区域进行了背向损伤实验,测量了不同波长下的平均功率密度损伤阈值,并从飞秒激光作用的雪崩电离过程出发,推导并计算了该阈值与薄膜干涉场分布的关系,理论结果较好的预测了不同波长下平均功率密度损伤阈值的发展趋势.研究表明,该实验条件下薄膜的飞秒激光损伤是整体行为,同一样品中,干涉场分布的平均值越高即膜层中瞬时驻留的激光能量越大时,相应损伤阈值越低.     

预填充聚苯乙烯控制SiO_2/ZrO_2薄膜膜间渗透

提出预填充方式控制膜间渗透,采用聚苯乙烯(PS)对低折射率SiO2膜内孔隙进行预填充,镀第2层ZrO2后再于甲苯中洗脱,恢复孔隙率以实现膜间防渗透。采用椭偏仪、紫外-可见光分光光度计、原子力显微镜(AFM)和光学显微镜对薄膜进行表征,研究了预填充PS前后的溶胶-凝胶SiO2/ZrO2薄膜膜间渗透与激光辐照损伤。结果表明,单层SiO2填充PS后膜面均方根粗糙度由4.164 nm下降为1.983 nm,折射率由1.1474增加到1.358 3,在甲苯中浸泡15 min后可完全清除PS。PS填充后的SiO2/ZrO2双层膜清洗1 h后,可使填充了PS的SiO2层的平均折射率由1.36降为1.29(未填充区域为1.38),透光率峰值提高(1～2)%。利用Nd:YAG激光器(1.064μm,8.1 ns)对SiO2/ZrO2双层膜进行了损伤阈值的测试,结果表明经PS填充并清洗后损伤阈值降低了8 J/cm2,但两者损伤形貌均为熔融型。     

沉积速率对硅基LiNbO3光波导薄膜特性的影响

利用脉冲激光沉积技术(PLD)在硅衬底上生长高c轴取向LiNbO3晶体薄膜,研究了激光脉冲频率即薄膜沉积速率对薄膜结晶质量及取向性的影响,发现激光脉冲频率对薄膜的c轴取向性基本没有影响,但对薄膜的结品质量影响较大,激光脉冲频率为3 Hz时获得了高结品质量的c轴取向LiNbO3晶体薄膜.XPS测试表明制得薄膜的组分符合等化学计量比,AFM测试显示制备的薄膜表面光滑,表面粗糙度为4.3 nm.棱镜耦合法测试表明制备的LiNbO3薄膜具有优异的光波导性能,光传输损耗为1.14 dB/cm.     

激光直写技术制备SiO2-TiO2条形光波导工艺研究

为了研究激光直写技术在光波导制备中的应用,采用波长为1.07μm的连续光纤激光器制备了硅基SiO2-TiO2条形光波导。探讨了激光直写技术制备条形光波导的原理,研究了激光参数对条形光波导宽度的影响,最后测试了光波导的通光模场以及光传输损耗。结果表明,条形光波导的宽度随着激光功率密度的增加而增大。当激光扫描速率在0.1mm/s~1mm/s范围内变化时,条形光波导的宽度随着激光扫描速率的增加而降低;高于1mm/s时对波导宽度无明显影响。在优化的工艺参数下,激光直写得到的条形波导的厚度约为0.4μm,宽度为120μm,整条波导非常均匀、准直性很好,对于1550nm波长的光呈多模传输,最小传输损耗为1.7dB/cm。     

脉冲激光溅射沉积光学增益薄膜实验研究

用脉冲激光沉积方法,以多靶交替溅射方式,在SiO2/Si基底上沉积镱铒共掺Al2O3光学薄膜,讨论了脉冲激光能量对薄膜沉积速率、表面形貌、光致发光强度的影响.在脉冲激光能量较高条件下制备出的薄膜的光致发光性能较好,脉冲激光能量较低条件下制备出的薄膜的表面形貌较均匀.综合放大器增益系数对光致发光强度和光刻工艺对薄膜表面形貌的要求,薄膜应该在合适的激光能量下制备.脉冲激光溅射沉积方法与中频磁控溅射方法相比,在抑制上转换发光方面具有优越性.     

非晶硅薄膜的准分子激光晶化研究

利用Kr准分子激光器晶化非晶硅薄膜, 研究了不同的激光能量密度和脉冲次数对非晶硅薄膜晶化效果的影响.利用X 射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对晶化前后的样品的物相结构和表面形貌进行了表征和分析.实验结果表明, 在激光频率为1 Hz 的条件下, 能量密度约为180 mJ/cm2时,准分子激光退火处理实现了薄膜由非晶结构向多晶结构的转变;当大于晶化阈值180 mJ/cm2小于能量密度230 mJ/cm2时, 随着激光能量密度增大, 薄膜晶化效果越来越好;激光能量密度为230 mJ/cm2时, 晶化效果最好、晶粒尺寸最大, 约60 nm, 并且此时薄膜沿Si(111)面择优生长;脉冲次数50 次以后对晶化的影响不大.     

脉冲准分子激光PZT薄膜的制备

本实验采用脉冲准分子激光沉积（ＰＬＤ）法，在１９３ｎｍ波长，５Ｈｚ频率，４Ｊ／ｃｍ２能量密度条件下，分别在Ｓｉ（１００）和ＳｉＯ２／Ｓｉ衬底上成功地沉积Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴ）薄膜，并在不同的条件下对ＰＺＴ薄膜进行退火处理。用ＸＲＤ，ＲＢＳ，ＡＳＲ等方法分别测量了薄膜的结构、组份和厚度。     

紫外激光改性氧化钒薄膜

氧化钒薄膜制备后需要进行退火处理以降低非晶态氧化钒薄膜的方阻大小并改善薄膜结晶特性。传统退火方式时间较长且退火过程会导致器件性能降低。本文主要利用激光精确控制的特点处理氧化钒薄膜,通过平顶光路系统改变激光功率、高斯光斑形貌以及光斑的重叠率对氧化钒薄膜进行退火处理,主要研究了激光能量密度以及光斑重叠率对氧化钒薄膜的方阻,表面粗糙度以及结晶度的影响。实验结果表明激光功率为0.7 W,光斑重叠率为93.33%,光斑能量密度为62.2 mJ/cm2时,退火氧化钒薄膜的方阻值明显降低,薄膜表面光滑且氧化钒结晶度较好。     

连续氩氪离子激光晶化非晶硅薄膜的研究

为了研究连续激光晶化非晶硅薄膜中激光功率密度对晶化效果的影响,利用磁控溅射法制备非晶硅薄膜,采用连续氩氪混合离子激光器对薄膜进行退火晶化,用显微喇曼光谱测试技术和场发射扫描电子显微镜研究了薄膜在5ms固定时间下不同激光功率密度对晶化效果的影响,并对比了普通玻璃片和石英玻璃两种衬底上薄膜晶化过程的差异。结果表明,在一定激光功率密度范围内(0kW/cm2~27.1kW/cm2),当激光功率密度大于15.1kW/cm2时,普通玻璃衬底沉积的非晶硅薄膜开始实现晶化;随着激光功率密度的增大,晶化效果先逐渐变好,之后变差;激光功率密度增大到24.9kW/cm2时,薄膜表面呈现大面积散落的苹果状多晶硅颗粒,晶粒截面尺寸高达478nm ;激光功率密度存在一个中间值,使得晶化效果达到最佳;石英衬底上沉积的非晶硅薄膜则呈现与前者不同的结晶生长过程,当激光功率密度为19.7kW/cm2时,薄膜表面呈现大晶粒尺寸的球形多晶硅颗粒,并且晶粒尺寸随着激光功率密度的增大而增大,在 27.1kW/cm2处晶粒尺寸达到最大5.38m。研究结果对用连续激光晶化法制备多晶硅薄膜的研究具有积极意义。     

铜基金属粉末选区激光烧结的工艺研究

优化工艺参数（激光功率275～1125W，扫描速率0．04～0．06m／s，扫描间距0．15～0．30mm），对多组份铜基金属粉末（组份包括纯Cu，预合金CuSn和预合金CuP）进行了选区激光烧结（SLS）实验，其成形机制为粉末部分熔化状态下的液相烧结机制。在保证适宜的成形机制的前提下，研究了激光功率、扫描速率、扫描间距、铺粉厚度等工艺参数对烧结组织及性能的影响。结果表明，适当增加激光功率或减小扫描速率能改善烧结致密度及组织连续性。减小扫描间距致使烧结线从断续分布连续转变为较为平整的结合状态，组织致密性及均匀性显著提高。减小铺粉厚度有利于改善层问结合性；但最小铺粉厚度需适当选择，否则会因凝固收缩效应及铺粉不均匀性而降低烧结致密度。