不同工艺条件下TiO2单层膜的吸收和损伤阈值测试

利用电子束热蒸发技术在不同氧分压和烘烤温度下镀制了一系列TiO2单层膜,采用表面热透镜技术测量了样品在1064nm处的弱吸收值,并用激光损伤测试平台测量了样品的抗激光损伤阈值(LIDT)特性。实验结果表明较高的氧分压和较低的烘烤温度能显著减小薄膜的吸收值。不过薄膜在基频下的损伤阈值除了受到薄膜吸收值的影响外,还取决于基底表面的杂质密度,当薄膜吸收较大时,本征吸收对损伤破坏起到主要作用;随着薄膜的吸收逐渐减小,基底表面处的缺陷吸收逐渐取代本征吸收成为影响薄膜损伤阈值的主导因素。     

不同氧分压下ZrO2薄膜特性研究

在不同的氧分压下用电子束热蒸发的方法生长了氧化锆薄膜.通过扫描探针显微镜、分光光度计、X射线衍射、激光损伤阈值(LIDT)测量等,研究了沉积中氧分压对ZrO2薄膜的微结构、光学性质、激光损伤阈值等的影响.     

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.     

沉积速率对H4膜光学带隙及激光损伤特性的影响

采用电子束热蒸发技术在石英基底上制备了H4薄膜,并对其光学和激光损伤特性进行了研究。根据透射率谱计算出薄膜的光学带隙发现, 光学带隙随着沉积速率的降低而增大, 其值大小在4.66～4.73eV。椭偏测试结果表明,当沉积速率从0.92nm/s、0.17nm/s、0.08nm/s降低到0.03nm/s时,薄膜折射率从1.955、1.919、1.901降低到 1.895(1064nm)。所有 样品的消光系数量级均优于10－5,说明薄膜表现出极小的吸收。薄膜的激光损伤形 貌和激光损伤 阈值(LIDT)受沉积速率的影响不大,同一激光能量作用下 ,薄膜的损伤斑大小基本一致,但0.92nm/s 时制备的薄膜,其损伤区与未损伤区存在相互交错现象。当沉积速率从0.03nm/s变化到 0.92nm/s时,薄膜 激光损伤阈 值在16～17J/cm²(1064nm,10ns)之间。     

几种紫外薄膜材料的光学及损伤特性分析

为进一步改善大型固体激光器3倍频用薄膜的光学及损伤特性,利用不同的测试方法系统对比研究了电子束蒸发方式制备的几种紫外薄膜的光学常数、晶体结构、表面粗糙度以及弱吸收和其激光损伤特性间的相互关系。研究表明:薄膜的弱吸收和其禁带宽度共同制约了其激光损伤阈值,而薄膜因晶相结构的产生而增大的表面粗糙度对其激光损伤阈值无影响。大弱吸收的薄膜其损伤表现为非常微小的吸收点向外扩张构成的较大的破坏点,而低弱吸收的薄膜其损伤则表现为瞬间吸收引起大的损伤。     

Characteristics of Nd:Y3Al5O12 thin film prepared by electron beam evaporation deposition

硅基光电集成技术是当代高速信息化的重要发展方向之一.为了研究制备在硅衬底上的新型发光材料,突破Nd∶YAG固体激光工作物质主要是晶体、透明陶瓷等固体形态的限制,采用电子束蒸发沉积工艺,在硅(100)衬底上制备了Nd∶ YAG薄膜,并对Nd∶YAG薄膜的表面形貌、晶体结构、光学特性进行了测试.X射线和扫描电子显微镜测试结果显示,Nd∶YAG薄膜经1100℃真空高温退火处理1h后有效结晶,采用钛蓝宝石激光器输出808nm激光激发,液氮冷却的InGaAs阵列探测器室温下得到Nd∶YAG薄膜的1064nm主荧光峰的荧光光谱.结果表明,采用电子束蒸发沉积和后续高温退火工艺可以在硅衬底上制备Nd∶YAG晶体薄膜.     

电子束蒸发制备掺钕钇铝石榴石薄膜特性研究

硅基光电集成技术是当代高速信息化的重要发展方向之一。为了研究制备在硅衬底上的新型发光材料,突破Nd:YAG固体激光工作物质主要是晶体、透明陶瓷等固体形态的限制,采用电子束蒸发沉积工艺,在硅(100)衬底上制备了Nd:YAG薄膜,并对Nd:YAG薄膜的表面形貌、晶体结构、光学特性进行了测试。X射线和扫描电子显微镜测试结果显示,Nd:YAG薄膜经1100℃真空高温退火处理1h后有效结晶,采用钛蓝宝石激光器输出808nm激光激发,液氮冷却的InGaAs阵列探测器室温下得到Nd:YAG薄膜的1064nm主荧光峰的荧光光谱。结果表明,采用电子束蒸发沉积和后续高温退火工艺可以在硅衬底上制备Nd:YAG晶体薄膜。     

可见与近红外激光通信系统光学滤光膜的研制

在空间光通信中,光学系统起着非常重要的作用,光学薄膜技术已成为制作光学元件的关键技术。对532、808、1064、1550nm激光工作的4个波段,选择Ti3O5和SiO2作为高低折射率材料,借助于膜系设计软件,采用电子束蒸发和离子辅助沉积的方法设计并制备了激光滤光膜。镀膜后的基片在808nm处的透射率大于90%,532、1064、1550nm处的反射率均大于99%。重点解决了808nm透射区半波孔的问题,通过对基片进行清洁、减少薄膜的吸收和进行真空退火等方法提高了膜层的激光损伤阈值。经过性能测试和评估,满足系统的要求。     

电子束蒸发制备平板偏振膜激光损伤特性研究

采用电子束蒸发沉积技术制备了平板偏振膜。用Lambda900分光光度计测试了其光学性能。在中心波长1053 nm处P偏振光的透过率TP>98%,S偏振光的透过率TS<0.5%,消光比TP/TS>200∶1,带宽约为20 nm。用波长1064 nm,脉宽12 ns的脉冲激光进行损伤阈值测试,获得P偏振光的损伤阈值为17.2 J/cm2,S偏振光的损伤阈值为19.6 J/cm2。用Nomarski显微镜对薄膜的损伤形貌进行观察,并用Alpha-500型台阶仪对损伤深度进行测试。结果表明,P偏振光的激光损伤为界面损伤与缺陷损伤,而S偏振光的激光损伤主要是驻波电场引起的界面损伤,界面损伤发生在偏振膜表面第一层与第二层界面处,缺陷损伤发生在偏振膜内部。     

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.     

充氧口位置对电子束蒸发沉积HfO_2薄膜性质的影响

充氧口位置直接影响了真空室内的氧气分布,进而对薄膜的光学性能造成重要影响。为了研究充氧口位置对HfO_2薄膜性质的影响,在2个典型的充氧口位置采用电子束蒸发技术在石英基底上沉积了HfO_2单层膜,并结合紫外-可见光分光光度计和X射线光电子能谱仪研究了不同充氧口位置下制得的HfO_2薄膜的光学性能和化学成分。实验结果表明,将充氧口设置在基片附近更有利于得到致密性好、氧化充分的HfO_2薄膜。根据实际真空室的构造建立简化的模型,应用k-ε二次方程湍流模型对镀膜过程中的氧气分布进行了三维数值模拟计算。模拟计算的结果很好地解释了实验结果。     

用于全固态355 nm紫外激光器的三波长高反膜

为了提高激光损伤阈值,采用离子束辅助电子束成膜的方法制备具有355,532,1064 nm三个波长的高反膜.首先使用Lambda950型分光光度计对薄膜样品的光谱性能进行测试,然后验证不同的基底材料及不同的基底清洗工艺对薄膜激光损伤阈值的影响,最后在不同的工作真空度下对薄膜的弱吸收能力和激光损伤阈值等进行较为系统的研究,分析薄膜的弱吸收能力与激光损伤阈值之间的联系.结果 表明,三个波长下的反射率均满足全固态355 nm紫外激光器所要求的光学性能指标,当工作真空度增加到一定程度时,薄膜的激光损伤阈值与弱吸收值不再是对应的关系,而是存在一个最佳值,说明该高反膜可以用于全固态355 nm激光器中的反射镜.     

1064 nm倍频波长分离膜的制备与性能研究

通过对主膜系添加匹配层并借助计算机对膜系进行优化，设计出结构规整、性能优良的1064ilm倍频波长分离膜。用电子束蒸发及光电极值监控技术在K9玻璃基底上沉积薄膜，将样品置于空气中在260℃温度下进行3h热退火处理。然后用Lambda 900分光光度计测量了样品的光谱性能；用表面热透镜(STL)技术测量了样品的弱吸收值；用调Q脉冲激光装置测试了样品的抗激光损伤阈值(LIDT)。实验结果发现，样品的实验光谱性能与理论光谱性能有很好的一致性。退火前后其光谱性能几乎没有发生温漂，说明薄膜的温度稳定性好；同时退火使样品的弱吸收减小，从而其激光损伤阈值提高。理论和实验结果均表明，对主膜系添加匹配层的方法是1064nm倍频波长分离膜设计的较好方法。     

磁控溅射YSZ薄膜的激光损伤阈值

利用射频磁控溅射方法在不同衬底上制备出掺Y2O3 8 %的YSZ薄膜, 用X射线衍射、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜和透射光谱测定薄膜的结构、表面特性和光学性能, 研究了退火对薄膜结构和光学性能的影响。结果表明：随着退火温度的升高, 薄膜结构依次从非晶到四方相再到四方和单斜混合相转变, AFM分析显示薄膜表面YSZ颗粒随退火温度升高逐渐增大, 表面粗糙度相应增大, 晶粒大小计算表明, 退火温度的提高有助于薄膜的结晶化, 退火温度从400 ℃到1100 ℃变化范围内晶粒大小从20.9 nm增大到42.8 nm; 同时根据ISO11254-1激光损伤测试标准对光学破坏阈值进行了测量, 发现与其他电子束方法制备的YSZ薄膜损伤阈值结果比较, 溅射法制备的薄膜损伤阈值有了一定程度的提高。     

基底晶态对HfO_2薄膜晶向结构和力学特性的影响

用电子束蒸发技术在晶体及激光陶瓷两种基底上沉积了氧化铪(HfO_2)单层膜,采用掠角X射线衍射(GIXRD)技术和纳米划痕仪对薄膜的晶向结构和力学特性进行了研究。实验结果表明,HfO_2薄膜在单晶晶体和多晶陶瓷基底上均呈现多晶态结构,均呈(020)面择优生长,陶瓷基底上薄膜的择优取向更明显。膜基结合较差的晶体-HfO_2体系上薄膜的衍射峰较多,膜基结合较好的陶瓷-HfO_2体系上薄膜的衍射峰较少。对比两个基底和其上薄膜的X射线衍射(XRD)结果发现,晶体基底的单晶结构与其上薄膜的多晶结构晶态差异较大,导致其膜基间有较大的残余应力,所以其膜基结合力也较差,这种弱结合力导致基底对薄膜的束缚作用较小,其上薄膜具有更多的衍射峰;陶瓷基底的多晶结构与其上薄膜的多晶结构差异较小,导致其上薄膜的择优生长更强,更有效地消除了残余应力,所以陶瓷-HfO_2体系的膜基结合力较晶体-HfO_2体系好,这种较强的结合力限制了薄膜向更多HfO_2晶向的发展,其上薄膜衍射峰较少。     

溅射气压对氧化镓薄膜光学特性的影响

采用射频磁控溅射法在石英衬底上制备了氧化镓(Ga2O3)薄膜.利用X射线衍射仪和紫外-可见-红外分光光度计分别对Ga2O3薄膜的晶体结构和光学带隙进行了表征,并在室温下测量了 Ga2O3薄膜的光致发光(PL)谱.结果表明:制备的Ga2O3薄膜呈非晶态.吸收边随着溅射气压的增加先蓝移后红移,光学带隙值范围为5.06～5.37 eV,溅射气压为1 Pa时,制备的Ga2O3薄膜具有最大的光学带隙.在325 nm激光激发下,400 nm附近和525 nm附近处出现与缺陷能级相关的发光峰.     

沉积速率对热舟蒸发LaF3薄膜性能的影响

用热舟蒸发方法在不同的沉积速率下制备了LaF3单层膜,并对部分单层膜进行了真空退火.分别采用X射线衍射(XRD),Lambda 900光谱仪和355 nm Nd∶YAG脉冲激光测试了薄膜的晶体结构、透射光谱和激光损伤阈值(LIDT),并通过透射光谱计算得到样品的折射率和消光系数.实验结果表明,增大沉积速率有利于LaF3薄膜的结晶和择优生长,可以提高薄膜的致密性和折射率,但薄膜的抗激光损伤能力有所下降;沉积速率太大,又会恶化薄膜的结晶性能,同时薄膜中产生大量孔洞,薄膜的机械强度降低,导致薄膜的折射率减小和抗激光损伤能力降低.真空退火对薄膜的抗激光损伤能力有不同程度的提高.     

氧分压对纳米ZnO薄膜光致发光特性的影响

采用射频反应磁控溅射法在玻璃衬底上成功制备出具有c轴高择优取向的ZnO薄膜,利用X射线衍射仪及荧光分光光度计研究了氧分压变化对ZnO薄膜的微观结构及光致发光特性的影响.结果表明,当工作气压恒定时,合适的氧分压能够提高ZnO薄膜的结晶质量.对样品进行光致发光测量时,所制备ZnO薄膜样品在400 mm左右出现较强紫光发射,在446 nm出现蓝光发射,经分析认为紫光发射来源于激子复合,而446 nm左右的蓝光发射来源于ZnO薄膜内部的Znj缺陷.     

氧分压对溅射氧化钒薄膜结构和透光性能的影响

采用射频磁控溅射法,在K9抛光玻璃基底上沉积氧化钒(VOx)薄膜,研究在其他参数保持不变时氧分压参量对薄膜的结构、表面质量及透光性能的影响。利用表面轮廓仪、X射线衍射仪、原子力显微镜及分光光度计分别对样品的沉积速率、物相结构、表面形貌和紫外-近红外光透射率进行分析。结果表明,制备的VOx薄膜的晶相随氧分压不同发生改变,调整氧分压在可见-近红外光区域可获得弱吸收的光学膜,但氧分压过高只能获得低的薄膜沉积速率,氧分压对薄膜表面粗糙度及晶体生长模式也有不同程度的影响。本文对实验结果进行了分析和讨论。     

YAG晶体功能薄膜制备

采用电子束蒸发方法制备Nd:YAG晶体板条功能薄膜,理论设计并镀制具有倏逝膜功能的宽带泵浦光减反膜(808 nm HT)和具有谐波功能的双色膜(808 nm HR,1 064 nm HT)。实验表明:大角度使用条件下的双色膜通带波纹加剧是导致其光谱性能下降的主要原因,同时比较了不同工艺下膜层应力对薄膜开裂的影响,使用应力缓冲层技术抑制了薄膜老化过程中裂纹的形成和扩展。激光损伤测试结果表明双色膜的单脉冲损伤阈值大于5.6 J/cm2(1 064 nm,5 ns,1-on-1),连续激光损伤阈值大于500 kW/cm2(1 064 nm),原子力显微镜分析证实初始损伤源主要来自膜层及其界面的点状吸收缺陷。