激光辐照TiO2/SiO2薄膜损伤时间简捷测量

为了测量激光辐照薄膜的起始时间,采用了一种简洁易行的测量方法,利用波长1.06μm和1.315μm连续激光以及1.06μm单脉冲激光辐照典型薄膜光学元件,通过探测器接收激光脉冲信号和薄膜表面的激光反射信号,薄膜表面反射信号在激光辐照过程中的某个时刻发生突变,发生突变的时间对应着薄膜发生损伤的时间。得到1.06μm连续激光强度为7133W/cm2时,反射信号在0.8 s发生突变,强度为11776W/cm2时,反射信号在0.4 s发生变化;1.06μm单脉冲激光能量为48.725mJ,97.45m J,194.9m J时,薄膜损伤时间为3.63ns,2.727ns和1.09ns;1.315μm连续激光强度为2743W/cm2时,反射光信号在辐照时间t=3.44 s发生突变;强度为4128W/cm2时,薄膜表面反射光信号在辐照时间t=1.44s发生突变。结果表明,通过测量薄膜表面反射信号的突变来确定薄膜损伤的起始时间,对于薄膜抗激光加固,以及提高光电系统的抗激光能力有着重要的意义。     

激光辐照下光学薄膜元件温升的有限元分析

实验测量了波长1 064 nm,10 kHz高重复频率激光辐照下镀制Ta2O5/SiO2多层膜的 K9、石英玻璃、白宝石高反膜元件温升变化.有限元分析的结果与实验结果相一致.用ANSYS程序计算了不同基板、空气对流系数及基板尺寸对激光辐照中心点温度的影响.结果表明:白宝石基片的薄膜元件激光辐照点的温度最低,其次是石英,K9玻璃基片的薄膜元件激光辐照点温度最高.空气对流系数在大光斑或长时间辐照时对激光辐照点温度影响较大,在小光斑或短时间辐照时对激光辐照点温度影响甚微,可忽略不计.基板越厚,基板直径越大,激光辐照中心点温度越低,基板直径比厚度更能影响激光辐照中心点温度变化.     

308nm准分子激光辐照对TiO_2薄膜性质的影响

用308nm准分子激光辐照TiO2薄膜样品，对辐照前后的薄膜样品分别进行了XPS、XRD的对比测试和显微分析，确定了TiO2薄膜样品的性质变化是由于激光辐照使其表面快速升温熔化和快速降温凝固，导致了晶格中部分氧原子的缺位，引起了化学配比偏离。     

连续激光作用下滤光片熔坑形成机理研究

在532nm波长连续激光辐照ZnS/SiO2/K9 630～690nm多层膜滤光片的损伤实验的电镜扫描分析下观察到了"熔坑"的现象,根据这个现象建立了含有Pt杂质的532nm波长连续激光辐照ZnS/SiO2/K9 630～690nm多层膜滤光片的热损伤模型.结合温度场的计算,研究了532nm连续激光辐照630～690nm多层薄膜滤光片时杂质周围产生的温升效应,通过对计算结果与实验结果的比较,分析了杂质对滤光片薄膜激光损伤的影响.分析了连续激光作用下杂质对滤光片的破坏机制,解释了滤光片熔坑产生的原因.     

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。     

SiO2-TiO2溶胶-凝胶薄膜的激光致密化研究

为了研究激光直写技术在薄膜器件成型工艺中的应用,采用波长为1.07μm的连续光纤激光器对SiO2/Si基表面SiO2-TiO2多孔溶胶-凝胶薄膜进行致密化的方法,得到了激光功率密度对薄膜收缩率的影响规律以及热处理温度对薄膜的激光致密化功率密度阈值和厚度变化的影响结果.结果表明,薄膜收缩率随着激光功率密度的增加而增大.薄膜热处理温度越高,激光致密化功率密度阈值越高,达到薄膜致密化极限需要的激光能量越大.激光致密化机制是通过硅衬底吸收激光能量,然后以热传导的形式加热溶胶-凝胶疏松薄膜,实现薄膜致密化.     

532nm重频激光对ZnS/SiO_2/K9滤光片的温升分析

介绍了由滤光片膜层结构决定的激光在光学薄膜中形成驻波场的特性.利用ANSYS程序的热分析模块,采用划分网格的方法,建立了532nm重频激光辐照ZnS/SiO2/K9 520-600nm多层膜滤光片温度场的计算模型.结合温度场的计算,研究了532nm重频激光辐照多层薄膜滤光片时产生的温升效应.     

1315nm高反射率硅镜的膜系分析

随着高功率激光器,尤其是化学氧碘激光器(COIL)的不断发展,对激光光学元件的性能要求越来越高.为了满足实际需要,用于COIL的高反射硅镜的反射率应达到99.95%以上,以减少镜面热畸变,提高其抗激光损伤能力.早在十多年前,美国的有关专家就把激光薄膜作为急待解决的关键技术.近年来,国外的强激光薄膜发展很快,1315 nm波长高反射镜的反射率已达99.9%以上,有的甚至达到99.99%. TiO2/SiO2膜系是目前制备高反射镜采用最多的膜系.该膜系比较成熟,制备工艺较为稳定.但该膜系的本征吸收较大,影响到激光损伤阈值的提高.而且材料组合相对较不稳定,峰值波长易受湿度的影响.若采用Si和SiO2做镀膜材料,用于1.0～3.0 μm波长范围,薄膜吸收极小,而且耐久稳定.由于Si在红外区的折射率较高,因此仅需要较少的膜层数、较薄的膜层厚度即可满足设计使用需要,大大提高了镀膜效率.本文利用TFCALC薄膜设计软件对TiO2/SiO2 和Si/SiO2 膜系中心波长为1.315 μm的硅镜反射特性进行了仿真模拟.给出了Si薄膜折射率与基板温度的关系曲线,以及正入射与45°斜入射情况下Si/SiO2 膜系硅镜的反射特性;膜厚控制误差为±10%时,对反射率的影响等.(OH11)     

激光预处理中薄膜损伤形貌对预处理效果的影响

采用亚阈值激光能量对光学元件进行激光预处理后,其损伤阈值可以提高两三倍。在激光预处理过程中,不可避免地会使光学元件产生损伤,若产生的损伤不影响光学元件的使用性能,则原则上可以接受。首先介绍了HfO2/SiO2多层高反膜S-on-1损伤阈值测试方法,实验研究了激光预处理过程中光学薄膜元件的损伤过程,分析了预处理过程中薄膜损伤形貌对其光学性能及抗激光损伤阈值的影响。结果表明,对膜系为G/（HL）11H2L/A的HfO2/SiO2多层高反膜进行激光预处理,最外层SiO2层的破坏不影响薄膜整个反射率曲线。相反,由于消除了HfO2层的节瘤缺陷,薄膜的损伤阈值得到大幅度的提高。     

干涉电介质反射镜对于激光辐射作用的强度

研究了在单次和周期的激光脉冲辐射作用下，对TiO2和SiO2多层电介质反射镜的破坏。测量了破坏阈值，并发现了对激光辐射波长有较小反射率的反射镜在重复频率条件下破坏阈值减小。表明了，无论是单层TiO2薄膜，还是TiO2和SiO2多层薄膜的破坏阈值都是由TiO2薄膜表面层的强度来决定的。还研究了在TiO2膜层界面上，辐射强度的变化对破坏阈值的影响，这种影响是与激光辐射波长的变动有关。     

γ射线辐照引起的VO_2薄膜结构和相变光学特性变化

利用剂量为 35kGy - 35 0 0kGy的Co60 源辐照VO2 薄膜 ,对辐照后薄膜进行XRD和激光Raman光谱测试。结果表明 ,较低剂量 辐照后VO2 薄膜出现较显著的晶态变差现象 ,而高剂量 辐照则在薄膜中产生退火效应 ,使薄膜晶态变好。由此引起VO2 薄膜的热致相变的光学特性、特征Raman峰的强度和位置随 辐照剂量的增加而出现变化。根据 射线与物质相互作用原理对 辐照引起的以上效应进行了讨论     

TiO2薄膜的相结构调控与表征

本文利用脉冲激光沉积技术在LaAlO3(001)衬底上生长了单晶锐钛矿和双相TiO2薄膜,并利用X射线衍射和透射电子显微术对薄膜的显微结构进行了系统表征.单晶锐钛矿薄膜在LaAlO3(001)衬底上实现了外延生长,双相TiO2薄膜以单晶锐钛矿TiO2为基体,在其中夹杂着金红石TiO2颗粒.TiO2薄膜的相结构可通过调整...     

表面杂质和节瘤缺陷诱导薄膜元件热熔融损伤

在高功率激光系统中,光学薄膜元件表面杂质和体内节瘤缺陷是导致薄膜元件损伤的关键因素。通过建立强激光连续辐照下光学薄膜元件的热分析模型,分析在不同激光辐照时间和功率密度下,表面杂质和节瘤缺陷对光学薄膜元件损伤的影响及其规律。结果表明,在强激光连续辐照下,当表面杂质粒子尺寸处于一定范围内时,随着杂质粒子尺寸的增大,薄膜元件上的最高温度随之升高,且大而浅的节瘤缺陷种子对膜层的温升影响较大。随着激光功率密度的提高和激光辐照时间的增长,表面杂质造成薄膜元件热熔融损伤的粒子尺寸范围越大,节瘤缺陷造成薄膜元件热熔融损伤的种子深度和尺寸范围也越大。     

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)     

γ射线辐照引起的VO2薄膜结构和相变光学特性变化

利用剂量为35kGy-3500kGy的Co^60γ源辐照VO2薄膜,对辐照后薄膜进行XRD和激光Raman光谱测试。结果表明,较低剂量γ辐照后VO2薄膜聘较显著的晶态变差现象,而高剂量γ辐照则在薄膜中产生退火效应,使薄膜晶态较好。由此引起VO2薄膜的热致相变的光学特性、特征Raman峰的强度和位置随γ辐照剂量的增加而出现变化。根据γ射线与物质相互作用原理对γ辐照引起的以上效应进行了讨论。     

高重复频率脉冲激光辐照光学薄膜的温升实验

光学薄膜是激光系统中最易损坏的薄弱环节.在高重复频率脉冲激光辐照下,光学薄膜表面温度急剧上升,导致膜层应力、结构发生变化,最后出现宏观的灾难性损伤.从实验上研究了重复频率10kHz脉冲激光辐照下光学薄膜元件的温度变化,分析了影响薄膜温度变化的众多因素.结果表明,在激光光斑确定的情况下,薄膜的温升主要取决于激光功率密度,其次是膜系最外层高折射率层的驻波场峰值,最后是膜系的吸收率及镀膜材料.     

TiO2薄膜的光强度

TiO2n薄膜与SiO2n膜搭配,广泛用来制备可见光区和近红外区的增透膜,分光膜,多层介质激光反射镜。TiO2薄膜具有许多优点:坚硬,化学稳定性高,粘结性好,并且折射率高。但是,TiO2薄膜的使用却受到抗激光照射稳定性低的限制。在毫秒脉冲激光条件下,用真空热蒸发法交替蒸镀ZnS和MgF2n制得的多层膜,其强度往往比类似的TiO2n-SiO2n多层膜高出数量级。     

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)     

非晶As2S3半导体薄膜在激光作用下的性能及结构研究

在激光辐照或退火作用下 ,As2 S3非晶半导体薄膜的光学吸收边出现红移现象 ,并且随着激光功率的增大和辐照时间的延长 ,红移值增大 ,并最后达到饱和。这种红移在先经过退火处理再激光辐照的薄膜中是可逆的。从扫描电镜的形貌图中也可以看出 ,经激光辐照后 ,薄膜表面有晶相出现 ,且随着激光功率的增加 ,晶相出现增多。As2 S3非晶半导体薄膜中光致效应的产生是由于光致结构变化所致 ,对其产生原因 ,进行了机理分析     

KrF脉冲激光退火制备锐钛矿TiO2薄膜

在常温下,用射频磁控溅射在石英衬底上沉积厚度约为200 nm 的TiO2薄膜,然后使用波长为248 nm 的KrF脉冲激光器,在不同功率密度下对薄膜样品进行辐照退火处理,并采用X射线衍射（XRD)、拉曼(Raman)、X射线电子能谱（XPS）、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨率扫描隧道显微镜（HRTEM）以及选择区域电子衍射（SAED）、紫外可见分光光度计等方法分析不同激光功率密度退火对TiO2薄膜的结构、表面形貌和透射率等性能的影响。结果表明当激光功率密度为0.5 J/cm2时,可获得高质量的锐钛矿TiO2薄膜,当继续增大光功率密度时,TiO2薄膜变为(1 1 0)取向的金红石相,其薄膜表面粗糙度也相应增大。