多孔性二氧化硅减反膜胶体规律性研究

溶胶凝胶法制备减反膜在高功率激光装置中有着重要运用,通过控制水与正硅酸乙酯(TEOS)不同物质的量之比制备不同粒径大小的二氧化硅悬胶体及二氧化硅减反膜,可以研究悬胶体粒径大小对溶液及膜层的激光破坏阈值、光学减反效率稳定性影响。结果表明制备获得的多孔性SiO2减反膜透射率均高于99.5%,激光破坏阈值均大于62J/cm2(1064nm,15ns),其中粒径小的SiO2减反膜透射率达到99.75%,激光破坏阈值高达77.42J/cm2(1064nm,15ns)。随着水酯物质的量比值增大,悬胶体溶液平均粒径增大,当水酯物质的量比值大于3.5时粒径增大幅度加快;粒径在10nm以下的溶液具有优异的稳定性,溶液颗粒大小、粘度等性能基本保持不变。在不同湿度环境下研究不同粒径膜层的稳定性,所有膜层在高湿度环境中透射率有所下降,其中大粒径膜层下降更明显,化学膜更适合在湿度低的环境下使用。     

有机物沉积质量对溶胶凝胶减反膜性能的影响规律

真空环境中高功率激光装置光学元件表面的有机物污染是限制其负载能力的原因之一。针对装置中常见的有机物污染和三倍频激光溶胶凝胶减反膜，通过精确控制真空环境中污染源的挥发扩散，制备了有机物质量面密度不同的元件表面，定量研究了有机污染物质量面密度对溶胶凝胶减反膜光学性能及损伤特性的影响规律。实验结果表明：样品表面粗糙度、透过率、损伤阈值等的变化量均与有机物质量面密度成正相关。有机污染物沉积量较少时，由于膜层孔隙被填充，膜层的表面粗糙度略有减小；随着沉积量增加，有机物附着影响表面形貌，粗糙度显著增加。溶胶凝胶减反膜在351 nm波长处的光学透过率随着有机物质量面密度的增加而逐渐降低，这与有机物分子改变溶胶凝胶膜孔隙填充比有关。样品表面的激光损伤阈值变化量和损伤面积随着有机物质量面密度的增加而增加，而且不同有机物沉积量的光学表面的损伤形貌存在显著差异。基于实验结果讨论了有机物影响溶胶凝胶减反膜性能的机理，并探讨了高功率激光系统的洁净度控制方法。     

高功率激光单层SiO2减反膜的研制

开发出了一种用于制备高功率激光系统中玻璃表面窄带型减反膜的化学制膜法。这种减反膜由含SiO2粒子的悬浮液在室温下涂敷制得,无需进一步的后处理工序。K9玻璃透镜及石英玻璃透镜涂敷这种SiO2减反膜后,其最高透光率均达99%以上。     

利用表面化学反应生长高功率激光用光学薄膜

用TiCl4和H2O经表面化学反应生长出TiO2而制备出光学薄膜。在240mm直径上的厚度分布不均匀性小于1%。25℃下生长的TiO2薄膜结构为非晶态；当温度增加至400℃时结构变多晶态。二次离子质谱表明在各种生长温度下薄膜中均存留有氯化物。但这种残留氯化物可通过400℃的加热退火去除。25℃下生长的TiO2薄膜的激光破坏阈值在波长1064nm，脉宽1ns时为5J/cm^2。较高温度下生长的TiO2薄膜的破坏阈值将下降。膜中的氯化物对激光破坏阈值并无影响。     

用于KCl的双层低吸收增透膜

本文报导用硫族化物玻璃As_2S_3和Ge_(45)Se_(55)为镀膜材料在波长10.6微米,KCl激光窗口作为增透膜的设计、制备和特性。用激光量热法测定膜层的吸收,在波长10.6微米时为0.1％。薄膜的反射率为0.1％。同时测定了脉冲CO_2激光辐射的激光感应损伤阈值。     

激光器谐振腔全介质高反膜的研究进展

介绍了近年来全介质高反膜（highly reflective coating）的研究现状、重点综述了设计原理、制备技术、性能检测以及抗激光损伤阈值方面的研究热点和重要成果，最后讨论了现有条件下进一步提高高反膜性能的可能性。     

用于高功率二氧化碳激光器的砷化镓及硒化锌窗口和透镜的减反膜

本文报道一类用于高功率ＣＯ２激光器的ＧａＡｓ和ＺｎＳｅ窗口及透镜的双层减反射膜系。与传统的四分之一波长厚度的膜系相比，它具有吸收小，减反带宽，易于制备等优点。     

钛宝石强激光负载的有机硅复合凝胶增透膜研究

以硅酸四乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTEOS)为前驱材料，用溶胶-凝胶(sol-gel)方法在钛宝石表面制备得到均匀性良好且具有高激光损伤阈值的有机硅复合凝胶增透膜。膜层在钛宝石激光器输出波段(750～850nm)的增透效果显著，其平均透过率超过98．6％；激光破坏阈值为2．2J／cm^2(800nm，300ps)；膜层表面均匀性达到激光波面的要求，在皮秒、飞秒超短脉冲高功率激光领域具有应用价值。溶胶的性能测试结果表明，溶胶粘度和成膜折射率均随溶液中CH3SiO1.5溶胶体含量的增加而增大，而膜层折射率受烘烤温度影响较小。     

上海光机所联合实验室研制的溶胶凝胶减反膜在2010年三倍频激光损伤阈值水平国际评比中获得最佳结果

近日,SPIE7842卷会议论文集公布的2010年国际膜层激光损伤水平的竞赛结果中,由中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室化学涂膜组选送的溶胶凝胶减反射薄膜样品的激光损伤阈值指标获得最佳结果。该竞赛由美国SPIE激光损伤年会（Laser Damage Symposium）组织。     

不同工艺制备的人工节瘤的损伤生长特性

在高能激光系统中,反射膜的损伤生长特性和初始损伤一样重要。对薄膜损伤生长特性的研究将有助于探究反射膜损伤机制,从而进一步有效地提高其抗激光损伤能力。使用电子束蒸发（EB）和离子束辅助（IAD）两种工艺制备了1064nm波长下的HfO2/SiO2反射膜,利用四种尺寸的单分散的SiO2小球形成人工节瘤,来研究薄膜镀制工艺和节瘤尺寸对节瘤损伤生长特性的影响。激光损伤测试结果表明:节瘤损伤生长阈值基本随节瘤尺寸的增加而减小。EB工艺制备的反射膜中,四种尺寸节瘤的损伤生长阈值都高于其初始损伤阈值,而IAD工艺制备的反射膜中结果则相反。另外,IAD工艺要比EB工艺制备的反射膜中的节瘤在发生初始损伤后更易于损伤生长,说明薄膜镀制工艺对节瘤的损伤生长速度有一定的影响。     

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。     

减反膜制备工艺及其应用

减反膜在现代光学薄膜生产中占有十分重要的地位,其研究依赖于制备工艺。本文结合近几年来国内外研究现状,叙述了几种不同的减反膜制备方法,分析了各种制备方法的工艺特点以及各自的优缺点,如真空蒸镀法、溅射镀法、溶胶一凝胶法等。并提出了相应的改进方法,分析了这些工艺在减反膜制备中的应用前景,为减反膜的制备提供了参考。     

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。     

HfO2／SiO2光学薄膜激光损伤阈值的测量

参照国际标准ISO11254及其规范，组建了小口径1064nm激光的损伤阈值测量装置，能对各种光学元件，包括高反膜、偏振膜及增透膜等进行了1064nm激光损伤阈值测量，按损伤阈值测量国际标准的要求，测量了由HfO2/SiO2镀制的1064nm高反膜，偏振膜及增透膜的激光损伤阈值，分析了它们的激光损伤特性，对于10ns的1064nm激光脉冲，高反膜的损伤阈值为12.8J/cm^2，偏振膜为9.8J/cm^2，增透膜为9.2J/cm^2，对于20ns，1ns的激光脉冲，高反膜的损伤阈值分别为15.3J/cm^2和5.75J/cm^2，高反膜的损伤阈值对于ns激光脉冲符合时间定标率τ^0.35。     

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。     

脉冲激光辐射Ge、MgF_2多晶的实验研究

本文主要采用可调制的激光脉冲波形，改变不同的能量，通过实验研究短脉冲和长脉冲激光作用在Ｇｅ、ＭｇＦ＿２多晶的破坏机制，用电镜扫描技术观察破坏多晶靶片，并对在不同功率及不同脉冲激光辐射靶片的结果作了分析实验，证明在高功率短脉冲激光作用晶体时主要破坏机制是冲击破坏，出现断裂现象，在低功率长脉宽作用多晶时主要以烧蚀和热应力破坏为主，出现烧熔和热应力引起的沿靶片解理面出现微裂现象。另外，通过实验，总结出脉冲宽度对破坏阈值的影响有两种：长脉冲大能量造成Ｇｅ晶体的破坏阈值能量密度高而功率密度低，短脉冲作用Ｇｅ晶体时能量密度低而功率密度高，并做出了不同激光功率密度随激光作用时间破坏Ｇｅ晶体的破坏阈值曲线。     

红外窗口的激光损伤热过程及保护的研究

利用光热偏转技术对红外窗口材料进行了激光损伤实时研究，通过对硅片，加半反保护膜的硅片和加全反保护膜的硅片的损伤过程的研究，发现介质保护膜能大大提高硅窗口的激光损伤阈值，同时发现了全反介质保护膜的激光损伤逐层的破坏过程。     

长距离空芯反谐振微结构光纤的制备研究

石英基空芯反谐振微结构光纤具有结构简单,高激光损伤阈值,带宽宽等显著优点。目前制备工艺是限制该光纤发展和应用的主要原因之一。常见报道中该种光纤的制备长度仅有几百米,为了提高制备效率,降低制备成本,增加单次制备长度,必须提高预制棒的尺寸,而较大尺寸的预制棒在制备和拉制时,对压力分区系统的制作和可靠性提出挑战。本文针对空芯反谐振微结构光纤的长距离制备工艺进行探索性研究,创新性提出全石英分区控压方式并进行低温拉制实验,采用一次拉制工艺成功实现单次制备长度为1.05 km的光纤,在波长3.5～5μm,实现损耗约10 dB/m。     

249nm激光脉冲宽度对氧化物和氟化物多层膜破坏的影响

高功率、短波长准分子激光器的发展，产生了对具有更高激光损伤阈值（LDT）的介质紫外镜面膜的需要。大部分商用准分子激光器以几十纳秒的脉冲长度运转，所测得的阈值一般为每平方厘米几焦耳。但用于现时的激光与等离子体物理研究的脉定通常为10ps或更短，对249urn的激光损伤阈值的发表数据文献[1～3]与纳秒或更长的脉冲有密切关系。即比来自实验室激光器的典型短紫外脉冲长3到4个数量级。得出转换关系如下：上式可用于微秒至纳秒区的其它一些波长，其指数取值在0．3至0．5之间。当缺乏短脉冲激光损伤阈值的数据时，皮秒紫外激光系统的设…     

中红外高激光破坏阈值薄膜的研究

针对中红外波段（尤其是2.94 μm波长）,选择合适的薄膜材料并结合适当的制备工艺参数,优化制备出了几种高破坏阈值2.94 μm激光腔镜。使用了1.06 μm和2.94 μm两种波长的激光对样品进行了破坏阈值实验。通过实验结果进行对比,总结出该波段高破坏阈值光学薄膜的一些独特性质以及镀制要求,得出一套有效地镀制高激光破坏阈值中红外薄膜的方案。所镀腔镜经过自制的自由震荡式长脉宽2.94 μm Er:YAG激光器的使用检验,满足使用要求。