高阈值激光膜材料

第12卷　第3期强激光与粒子束V o l .12,N o .3 2000年6月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E B EAM S Jun .,2000　文章编号:　1001—4322(2000)03—0285—04超高阈值P ick -off 反射镜的研制Ξ 付雄鹰,　王建永,　丁　俊,　刘民才 范正修 　(成都精密光学工程研究中心,成都610041) (中国科学院上海光机所,上海201800) 摘　要:　采用水中抛光技术抛制了90mm ×60mm ×10mm 的K 9玻璃基片,表面粗糙度达1nm 。

在A PS 1504镀膜机上,摸索了电子束蒸发镀膜的最佳工艺条件,较稳定地在该超光滑玻璃表面上镀制了对波长1054nm 、入射角45°、反射率R ≥99.5%的反射膜。

膜层的抗激光损伤阈值可达26J c m 2(1054nm ,1n s ),镀膜后该玻璃基片反射波前可达Κ 10(p 2v ),最终制备了超高阈值p ick 2off 反射镜。

关键词:　激光损伤阈值;　反射波前;　p ick 2off 反射镜;　电子束蒸发;　水中抛光 中图分类号:　TN 24 文献标识码:　A 随着高功率激光器对输出功率的要求越来越高,同时要求器件的小型化,这显然将光学元器件承受的激光能量密度逐渐推向极限。

特别是对激光薄膜的要求更亦如此,如美国LLNL 将建造的N IF 激光器,对装置中部分大口径的反射元件要求抗激光损伤阈值大于18J c m 2(1054nm ,3n s ),对薄膜偏振分光镜要求阈值大于18J c m 2(1054nm ,3n s ),对一些透镜要求阈值大于30J c m 2(1054nm ,3n s )[1]。

我国将建造的“神光 ”激光器,对部分小口径的反射元件要求阈值大于30J c m 2(1054nm ,1n s ),如多程放大器系统中的p ick 2off 反射镜。

缓冲层和保护层提高激光增透膜损伤阈值张蕾;刘洪祥;陈光;高卫东【摘要】To improve the laser induced damage threshold of dual-wavelength antireflection coatings which were deposited by ion beam sputtered for 1 064 nm and 532 nm, a certain thickness of the silica layer was deposited near the substrate and the air respectively to investigate the effect of the buffer layer and the protective layer on antireflection coatings for laser induced damage threshold. The laser induced damage thresholdof different antireflection coatings was tested by a 1 064 nm laser system according to ISO 21254-2 standard. The experiment results show that compared with the coatings without buffer layer and protective layer, the laser induced damage threshold of the coatings with buffer layer, the coatings with protective layer and the coatings with buffer layer and protective layer are 65.4%, 66.7%, 119% higher respectively.%为提高离子束溅射制备1064 nm、532 nm双波长增透膜抗激光损伤阈值，分别在靠近基板、空气侧加镀一定厚度二氧化硅膜层，研究缓冲层、保护层对增透膜抗激光损伤阈值的影响。

一、概述高功率激光系统在工业、医疗、军事等领域的应用日益广泛，而光学薄膜作为高功率激光系统中的重要组成部分，其性能对激光系统的稳定性和输出功率有着关键影响。

光学薄膜的研究和发展一直备受关注。

本文将针对高功率激光系统中光学薄膜的现状和发展趋势进行深入探讨。

二、光学薄膜的特点光学薄膜是一种利用膜层间的干涉作用来实现对光的衍射与透射的技术材料。

光学薄膜通常具有以下几个特点：1. 光学薄膜具有较高的透射率和反射率，能够有效地调控光的传输和反射。

2. 光学薄膜的厚度相对较小，一般在纳米级别，因此具有很好的光学性能和表面平整度。

3. 光学薄膜的材料种类丰富，可以根据具体的光学性能要求选择合适的材料进行制备。

三、高功率激光系统中光学薄膜的现状1. 现有技术目前，高功率激光系统中常用的光学薄膜材料包括二氧化硅、氟化镁、氟化铝等。

这些材料具有较好的透射性能和热稳定性，能够满足一定功率范围内的激光输出要求。

而在薄膜制备方面，常用的方法包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等技术，能够制备出较为均匀的光学薄膜。

2. 现有问题然而，在高功率激光系统中，光学薄膜仍然面临一些挑战。

由于高功率激光系统的光强较大，薄膜材料容易受到热应力的影响，导致薄膜损伤或热转化率增加，影响激光的输出功率和稳定性。

现有的薄膜制备技术难以满足高功率激光系统对薄膜的高精度和高稳定性要求。

光学薄膜在长时间使用后容易受到气态、液态等环境因素的影响，降低了薄膜的耐久性和稳定性。

四、高功率激光系统中光学薄膜的发展趋势1. 新材料的研发为了解决现有材料在高功率激光系统中的局限性，科研人员正在积极研发新型的光学薄膜材料。

一些耐高温、高能量密度的无机材料和聚合物材料被认为具有良好的激光损伤阈值和热稳定性，能够适应高功率激光系统的需求。

纳米材料如石墨烯、二维过渡金属氧化物等也被应用到光学薄膜制备中，以提高薄膜的光学性能和稳定性。

2. 制备技术的进步随着薄膜制备技术的不断进步，高功率激光系统中光学薄膜的制备技术也在不断优化。

高损伤阈值高重复频率DPL激光薄膜研究的开题报告一、研究背景和意义激光薄膜技术是目前应用极为广泛的一种光学薄膜制备技术，该技术的主要应用领域包括激光器、光电子设备、光通信等。

随着激光技术的不断发展和应用领域的拓宽，对激光薄膜技术的要求也越来越高。

其中，高损伤阈值和高重复频率是目前激光薄膜技术发展的两个关键性能。

激光薄膜的高损伤阈值是指在激光脉冲作用下，薄膜能够承受的最大激光能量密度。

而高重复频率是指激光脉冲的重复频率，即单位时间内激光脉冲的次数。

这两个性能的提高，可使激光薄膜更好地适应高能量、高功率、高重复频率等激光器应用的要求。

目前，高损伤阈值和高重复频率的激光薄膜技术研究已成为国内外研究人员的热点。

在此背景下，本论文将对高损伤阈值和高重复频率的DPL（Double Pulse Laser）激光薄膜进行深入研究，旨在提高激光薄膜材料的损伤阈值和耐疲劳性能。

二、研究内容和方法（一）研究内容1.选择几种常用的激光薄膜材料（如SiO2、TiO2、Al2O3等），制备出DPL激光薄膜。

2.利用双脉冲激光法，对不同材料的DPL激光薄膜进行损伤阈值测试，研究不同参数下DPL激光薄膜的损伤阈值。

3.通过疲劳测试，评估不同材料DPL激光薄膜的耐疲劳性能。

（二）研究方法1.采用薄膜制备技术，制备出几种常用的激光薄膜材料。

2.利用双脉冲激光法，对不同材料的DPL激光薄膜进行损伤阈值测试。

通过调节双脉冲激光的时间间隔、光强等参数，让后一脉冲部分消耗前一脉冲部分的非线性效应，实现损伤阈值的提高。

3.针对不同材料的DPL激光薄膜，设计不同频率的载荷实施疲劳测试，评估其耐疲劳性能。

三、预期成果和意义本论文主要研究DPL激光薄膜的高损伤阈值和高重复频率性能。

通过实验和测试，预期达到以下成果：1.选择几种常用的激光薄膜材料，制备出DPL激光薄膜。

2.利用双脉冲激光法，研究不同参数下DPL激光薄膜的损伤阈值。

通过调节双脉冲激光的时间间隔、光强等参数实现损伤阈值的提高。

光学薄膜激光损伤阈值
首先，我们需要考虑材料的特性。

光学薄膜通常由多层薄膜堆积而成，而每一层薄膜的光学特性都会影响整体的激光损伤阈值。

这些特性包括折射率、散射损耗、吸收系数等。

不同材料的光学特性会导致其激光损伤阈值有所不同。

其次，激光参数也是影响激光损伤阈值的重要因素。

激光的波长、脉冲宽度、重复频率等参数都会对材料的损伤阈值产生影响。

一般来说，激光波长越短，激光损伤阈值越低；脉冲宽度越短，激光损伤阈值也越低。

此外，环境因素也需要考虑进去。

例如，材料表面的污染、气体等因素都可能影响激光损伤阈值。

另外，激光照射角度、照射时间等也会对损伤阈值产生影响。

最后，制备工艺也会对光学薄膜的激光损伤阈值产生影响。

不同的制备工艺会影响材料的内部结构和缺陷分布，从而影响其激光损伤阈值。

因此，制备工艺的优化对于提高光学薄膜的激光损伤阈值至关重要。

总的来说，光学薄膜的激光损伤阈值受到多方面因素的影响，包括材料特性、激光参数、环境因素和制备工艺。

只有全面考虑这些因素，才能准确评估光学薄膜的激光损伤阈值，从而保证其在实际应用中的稳定性和可靠性。

DOE的损伤阈值衍射光学元件简称为DOE，目前在高端激光加工设备中的应用越来越普遍，能够现实极佳的光学加工效果。

随着激光技术的发展，商用激光器功率不断增加，许多系统集成商和用户担心，衍射光学元件（DOE）可能无法承受这么高的功率。

因此，激光损伤阈值（LIDT 或LDT，laser induced damage threshold）的参数是选择光学元件时重要的参数之一。

激光器覆盖了很宽的波长范围内（从紫外到远红外）和时间范围（超快到持续波），不同的激光对应不同的损伤原理。

超短脉冲（t <0.5 [ns]）纳秒脉冲（0.5 [ns] <t <100 [ns]）连续波（CW）（t> 1 [μs]）损伤类型介电击穿介电击穿材料过热，导致化学降解雪崩电离·对于高脉冲重复率，可能会出现热效应，类似于CW光束。

在实际应用中，有三个主要影响激光损伤阈值LDT的因素。

1）制造工艺- 原材料和制造过程中的缺陷。

选择具有高光学质量（表面质量20-10 Scratch-Dig或更好的熔融石英）的基片。

整个制造过程在洁净无尘的实验室中，还会对每个元件进行缺陷检查。

2）镀膜层- AR镀膜层中的污染物。

使用具有高QA的离子辅助沉积（IAD）抗反射（AR）膜层。

3）使用- 热恢复期，元件的使用环境以及清洁和维护方式。

Holo/Or制定了安全使用和清洁的协议，以及彻底的LDT测试（参见下面的示例）。

衍射光学元件DOE的激光损伤阈值测试（LASHARE EU project）实验方法：在实际生产环境中（非洁净室）用激光照射DOE的8个不同位置，并持续增加每一束激光的功率，如果镜片表面没有损伤，则表示当前功率密度在损伤阈值之下，一旦出现打坏的情况则说明此时超过了损伤阈值。

测试流程：波长1030 [nm]重复频率800 [kHz]脉宽 6 [ps]空间脉冲形状高斯光时间脉冲形状高斯光照射持续时间30 [s]照射位置P. 1, …, 8每个位置P的照射间隔 5 [s]每个位置P之间的距离~1 [mm]焦点直径（表面）70 [um]重复实验次数 5用于测试的DOE参数：材料：紫外熔融石英表面质量：20-10 Scratch-Dig（或更好）镀膜性能：Ravg <0.2％DOE的镀膜类型这里准备了三组不同的DOE进行测试，无增透膜、单面镀膜（非衍射面）和双面镀增透膜。

光学薄膜是一种用来提高光学仪器性能和精度的关键部件，它对外部激光具有较高的损伤阈值，因此，提高光学薄膜的激光损伤阈值成为研究热点。

本文提出了一种提高光学薄膜激光损伤阈值的镀膜方法。

首先，在镀膜前，将光学薄膜置于温度控制的容器中，使其达到一定的温度，增强激光损伤阈值；其次，在真空容器中，以特定的材料，如气体或离子，和特定的技术，如电子束技术、等离子体技术等，经历镀膜过程；最后，将镀膜后的光学薄膜从容器中取出，经过检测，发现激光损伤阈值有所改善，从而达到提高光学薄膜激光损伤阈值的效果。

该方法所需要的特定材料和技术，能够有效地提高光学薄膜的激光损伤阈值，同时具有较强的耐热性和耐腐蚀性，使镀膜后的光学薄膜更加稳定可靠。

此外，该方法在结构上简单，只需要一个温度控制的容器，一个真空容器和一个检测仪，操作简便，效率高，成本低，因此，该方法可以有效提升光学薄膜的激光损伤阈值，成为一种常用的技术手段。

总之，提高光学薄膜激光损伤阈值的镀膜方法，具有结构简单、操作简便、效率高、成本低等特点，能有效提高光学薄膜的激光损伤阈值，增强薄膜抗损伤能力，成为一种常用的技术手段。

提高光学薄膜激光损伤阈值的途径占美琼【摘要】光学薄膜是激光系统中非常重要而又非常薄弱的元件,其激光损伤问题一直是限制激光系统向高功率、大能量方向发展的"瓶颈"之一.简要介绍了提高光学薄膜的激光损伤阈值的方法,如激光预处理、加镀保护膜层、缓冲层、驻波场、温度场设计、离子后处理等.【期刊名称】《上海第二工业大学学报》【年(卷),期】2010(027)004【总页数】5页(P304-308)【关键词】光学薄膜;激光损伤阈值【作者】占美琼【作者单位】上海第二工业大学理学院,上海,201209【正文语种】中文【中图分类】O4840 引言随着各种高功率激光系统输出功率的不断提高，光学薄膜在激光应用和发展中发挥越来越重要的作用[1-2]。

作为激光系统中的重要组成部分，光学薄膜相对于其它元件具有较低的抗激光损伤阈值，是激光系统中非常重要而又最易损伤的薄弱环节。

它一旦遭到破坏，不但会使光束质量降低，阻碍系统的最优化性能发挥，严重时还会产生连锁反应，导致其他光学元件的损伤，最终导致整个激光系统无法工作。

长期以来，高功率激光对光学薄膜的损伤一直是限制激光向高功率、高能量方向发展的“瓶颈”之一，也是影响高功率激光薄膜使用寿命的主要因素之一[3]。

同时，超强超快激光的发展，对光学薄膜的激光损伤阈值提出了更高的要求。

多年以来，人们开展了很多提高不同波段光学薄膜的激光损伤阈值的研究。

下面对相关研究结果作简要介绍。

1 提高光学薄膜激光损伤阈值的途径1.1 激光预处理以低于薄膜损伤阈值的激光辐照光学薄膜可使其损伤阈值提高，称之为“激光预处理”[4]。

早在80年代，这方面的研究工作就已经开展了，而且研究发现通过基频激光预处理提高薄膜损伤阈值的效果非常明显。

Arenberg 等人研究得出，1064 nm波长上的激光预处理使薄膜损伤阈值提高40 %，但波长到了532 nm，薄膜损伤阈值没有明显影响[5]。

90年代初期美国LLNL实验室也开展了激光预处理的研究。

南京理工大学科技成果——高损伤阈值光学介质膜成果简介：
光学薄膜的激光损伤是影响高功率激光器提高激光输出功率的关键因素之一。

光学薄膜的激光损伤不仅降低激光的输出质量，造成光束波前和相位畸变，而且调制激光光束，对激光器造成灾难性损坏。

随着对激光器输出功率要求的不断提高，相应的光学元件要求承受的激光通量也越来越大。

提高光学元件激光通量承受能力即提高激光损伤阈值是目前急需解决的提问。

限制光学元件激光损伤阈值的瓶颈是膜层的损伤阈值尤其是高反射膜损伤阈值。

目前提高损伤阈值的途径主要有以下几种：（1）改善镀膜工艺，（2）寻找具有更高损伤阈值的镀膜材料，（3）膜层激光预处理等。

为了真正能实现损伤阈值有质的提高，必须突破现有的膜系结构设计理论体系或框架；同时也必须探索损伤的机理，研究新工艺和技术。

只有这样才有可能大幅度地提高膜系的损伤阈值。

本技术就是要提高光学薄膜的激光损伤。

项目水平：国内领先
成熟程度：样机
合作方式：合作开发、专利许可、技术转让、技术入股。