CN103215550A - 一种提高近红外高反膜激光损伤阈值的镀制方法 - Google Patents

一种提高近红外高反膜激光损伤阈值的镀制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103215550A
CN103215550A CN201310102800XA CN201310102800A CN103215550A CN 103215550 A CN103215550 A CN 103215550A CN 201310102800X A CN201310102800X A CN 201310102800XA CN 201310102800 A CN201310102800 A CN 201310102800A CN 103215550 A CN103215550 A CN 103215550A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
knob
threshold
sio
evaporation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201310102800XA
Other languages
English (en)
Inventor
鲍刚华
程鑫彬
宋智
焦宏飞
王占山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN201310102800XA priority Critical patent/CN103215550A/zh
Publication of CN103215550A publication Critical patent/CN103215550A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明涉及一种提高近红外高反膜激光损伤阈值的镀制方法，该方法属于薄膜光学领域，主要针对近红外激光高反膜中限制阈值的瓶颈——节瘤。当前的技术手段主要通过消除节瘤，即降低节瘤密度和尺寸来提升薄膜的阈值。但在当前技术条件下，消除节瘤需要耗费巨大的成本，而且无法完全消除。本发明提出了一种直接改善节瘤阈值从而提升薄膜阈值的方法。理论和实践已经证明，镀膜工艺决定了节瘤的几何特性，而节瘤的几何特性与抗激光损伤特性息息相关。通过加大薄膜分子在基板沉积的入射角，降低入射分子的沉积动能，可以使得节瘤的阈值得到明显改善。此方法具有针对性强、效率高、简单易行的特点。

Description

一种提高近红外高反膜激光损伤阈值的镀制方法
技术领域
本发明属于薄膜光学领域，具体涉及一种提高近红外纳秒激光用高反射薄膜激光损伤阈值的镀制方法。
背景技术
在强激光系统中，近红外高损伤阈值高反膜是强激光系统中关键元件之一，也是大激光装置设计中关键因素之一，其损伤阈值及损伤特性是限制强激光系统性能进一步改善的重要瓶颈，也是直接影响激光系统稳定性和使用寿命的重要因素之一。大量针对近红外激光高反膜损伤机制的理论和实验研究表明，对于纳秒激光而言，限制高反膜损伤阈值的最关键因素是节瘤。一般认为，节瘤的存在，会改变驻波场的分布，使局部电场强度变大，引起局部辐照能量变大，过强的激光辐照，会导致节瘤本身的结构不稳定性加剧，从而引起破坏。此外，节瘤本身的倒圆锥结构，会加大光入射的角度，在大角度入射的情况下，因为薄膜的反射带宽有限，会造成部分入射光由高反射变成透射，从而加剧了薄膜的破坏，降低了薄膜的阈值。而造成节瘤的种子源主要有两种来源。一是镀膜前的基板污染，通过合理细致的过程控制，可以将这部分的污染降至最低，在高反膜中甚至可以忽略；二是蒸镀过程中的膜料喷溅。当前研究人员的重点是尽可能消除节瘤，尽可能降低节瘤的密度，并使节瘤尽可能的小，以提高薄膜的阈值。到目前为止，电子束蒸发金属铪被认为是最佳的高阈值高反膜镀制方式，是因为这种蒸镀方式产生的节瘤尺寸和密度最小。继续降低节瘤的尺寸和密度，不仅需要相当高的成本，而且效率低下，效果也不明显。完全消除节瘤几乎是一件不可能的事情。
发明内容
本发明在保持电子束蒸发的优势的同时，针对限制高反膜阈值的瓶颈-节瘤，通过改变节瘤的几何形状特性，继而改善了节瘤的抗激光损伤特性，提供了一种提高近红外高反膜激光损伤阈值的镀制方法，该方法可以极大幅度提高薄膜的激光损伤阈值，而且具有针对性强、效率高、简单易行的特点。
本发明的技术解决方案如下：
一种提高光学薄膜激光损伤阈值的镀制方法，具体步骤如下：
(1)将基板清洗干净，然后利用高纯氮气吹干后放入镀膜机内；
(2)控制镀膜机内真空室的本底真空度为1×10-3Pa～3×10-3Pa，将基板加热至200度，并恒温80分钟；
(3) 固定基板与蒸发源HfO2和SiO2的相对位置，采用电子束交替蒸发HfO2和SiO2；控制蒸镀时的氧分压为1.0E-2Pa～3.0E-2Pa，速率为0.05nm/s～0.3nm/s；
(4)待真空室内温度自然冷却至室温后取出镀制好的样品。
本发明中，可通过控制基板与蒸发源HfO2和SiO2的相对位置，使膜料分子在基板上沉积的入射角度大于30°，控制蒸镀HfO2时的氧分压为3.0E-2Pa,速率为0.05nm/s，蒸镀SiO2时的氧分压为1.0E-2Pa,速率为0.3nm/s。
本发明中，所述基板可以是光学玻璃，也可以是晶体。
本发明的核心是通过改变蒸镀工艺改变节瘤的几何形状特性，从而提升节瘤的抗激光损伤特性。图1是典型的节瘤的结构图。不同几何特性的节瘤具有不同的抗激光损伤特性，如图2所示。节瘤是薄膜中抗激光损伤能力最弱的地方。改善节瘤的损伤特性相当于改善了整个薄膜的损伤特性。而节瘤的几何特性可以通过镀膜工艺来控制。在当前手段已经无法再继续明显降低节瘤分布的情况下，通过改善节瘤的几何形状特性，从而使得近红外纳秒激光高反射薄膜的阈值得到进一步显著地提高。
本发明的技术效果如下：
1. 可有效提升节瘤的C值。对比传统HfO2/SiO2高反射薄膜，改善后的高反薄膜的节瘤C值由8提到10。
2.  可有效提高高反射薄膜的损伤阈值。对比传统HfO2/SiO2高反射薄膜，改善后的高反薄膜的阈值有大幅度提高。
3. 本发明方法经济易行。通过改善蒸发特性，就可以改变沉积分子的入射角度和入射动能，从而改变节瘤的几何特性，易于操作。
4.  本发明方法针对性强和效率高的特点。此方法直接针对限制近红外纳秒激光高反射膜的瓶颈，极大改善了薄膜的损伤特性。
附图说明
图1节瘤的结构示意图。其中d为种子源的直径，t为种子的深度，D为节瘤的直径，C为一个常数，他们之间的关系为：D=sqrt(Cdt)。由此可见，C值代表着节瘤的类型。C值越小，入射光的入射角度范围就越大，但薄膜的反射带宽有限，当入射角度超过一定范围时，部分入射光由高反射变成透射，进入到薄膜内部，从而加剧了薄膜的破坏，降低了薄膜的阈值。不仅如此，理论模拟证明，不同C值得节瘤具有不同的电场分布。
图2 不同形状节瘤的电场分布。图2 是同样大小的种子源，分别在C值为4和8情况下的电场分布；纵轴是P偏光|E2|的分布。C值为4时，电场强度的极大值远大于为8的情况；而且C值为4时，电场极大值的分布更靠近种子源。这意味着C值为8时，薄膜的阈值更高。随后的大量实验，也证明了这个假设的成立，不同C值的节瘤具有不同的阈值，C值越大的节瘤，阈值越高。而C值由工艺决定，加大膜料分子在基板表面沉积的入射角度，降低入射分子的动能，都有利于获得较大的C值。
具体实施方式
通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
以JGS1石英玻璃作为基板，首先将其放入清洗液中超声清洗15分钟，取出后用高纯氮气吹干，然后放入镀膜设备中的工件架上；基板温度为200度，恒温80分钟；当本底真空为2×10-3Pa时，电子束交替蒸发HfO2颗粒和石英环SiO2；蒸镀HfO2颗粒时的氧分压为3.0E-2Pa,速率为0.05nm/s，蒸镀SiO2时的氧分压为1.0E-2Pa,速率为0.3nm/s。膜料蒸镀角度范围为40°。蒸镀完成后，样品在真空室内自然冷却至室温，然后开门取出样品。
与传统方法使用HfO2颗粒和石英环SiO2镀制的高反射薄膜进行对比研究发现，本发明镀制的薄膜，节瘤分布密度几乎一样，但通过扫描电镜观测发现，C值由8增加到了10；1064nm抗激光损伤阈值则由22J/cm2（5ns）提高到了41J/cm2（5ns）。
实施例2：
以JGS1石英玻璃作为基板，首先将其放入清洗液中超声清洗15分钟，取出后用高纯氮气吹干，然后放入镀膜设备中的工件架上；基板温度为200度，恒温80分钟；当本底真空为2×10-3Pa时，电子束交替蒸发金属铪和石英环SiO2；蒸镀金属铪时的氧分压为3.0E-2Pa,速率为0.05nm/s，蒸镀SiO2时的氧分压为1.0E-2Pa,速率为0.4nm/s。膜料蒸镀角度范围为40°。蒸镀完成后，样品在真空室内自然冷却至室温，然后开门取出样品。
与传统方法使用金属铪和石英环SiO2镀制的高反射薄膜进行对比研究发现，本发明镀制的薄膜，节瘤分布密度几乎一样，但通过扫描电镜观测发现，C值由8增加到了10；1064nm抗激光损伤阈值则由30J/cm2（5ns）提高到了50J/cm2（5ns）。

Claims (3)

1.一种提高光学薄膜激光损伤阈值的镀制方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)将基板清洗干净，然后利用高纯氮气吹干后放入镀膜机内；
(2)控制镀膜机内真空室的本底真空度为1×10-3Pa～3×10-3Pa，将基板加热至200度，并恒温80分钟；
(3) 固定基板与蒸发源HfO2和SiO2的相对位置，采用电子束交替蒸发HfO2和SiO2；控制蒸镀时的氧分压为1.0E-2Pa～3.0E-2Pa，速率为0.05nm/s～0.3nm/s；
(4)待真空室内温度自然冷却至室温后取出镀制好的样品。
2.根据权利要求1所述的提高光学薄膜激光损伤阈值的镀制方法，其特征在于步骤(3)中通过控制基板与蒸发源HfO2和SiO2的相对位置，使膜料分子在基板上沉积的入射角度大于30°，控制蒸镀HfO2时的氧分压为3.0E-2Pa,速率为0.05nm/s，蒸镀SiO2时的氧分压为1.0E-2Pa,速率为0.3nm/s。
3.根据权利要求1所述的提高光学薄膜激光损伤阈值的镀制方法，其特征在于所述基板是光学玻璃或晶体。
CN201310102800XA 2013-03-28 2013-03-28 一种提高近红外高反膜激光损伤阈值的镀制方法 Pending CN103215550A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310102800XA CN103215550A (zh) 2013-03-28 2013-03-28 一种提高近红外高反膜激光损伤阈值的镀制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310102800XA CN103215550A (zh) 2013-03-28 2013-03-28 一种提高近红外高反膜激光损伤阈值的镀制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103215550A true CN103215550A (zh) 2013-07-24

Family

ID=48813692

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310102800XA Pending CN103215550A (zh) 2013-03-28 2013-03-28 一种提高近红外高反膜激光损伤阈值的镀制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103215550A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104032266A (zh) * 2014-02-13 2014-09-10 同济大学 一种提高近红外高反膜激光损伤阈值的方法
CN104158076A (zh) * 2014-07-25 2014-11-19 同济大学 一种提高Tm激光器腔镜用薄膜损伤阈值的制备方法
CN105887022A (zh) * 2016-04-19 2016-08-24 中国科学院上海光学精密机械研究所 缝合基板凹陷结构缺陷获得高损伤阈值高反膜的方法
CN109207934A (zh) * 2017-06-29 2019-01-15 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种采用石英环光学镀膜材料改善高反膜微缺陷的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101565813A (zh) * 2009-05-18 2009-10-28 南京华显高科有限公司 MgO薄膜电子束蒸发制备方法及装置
CN101713061A (zh) * 2008-10-07 2010-05-26 四川欧瑞特光电科技有限公司 电子束制备HfO2/SiO2多层反射膜的方法
CN102747328A (zh) * 2012-06-27 2012-10-24 同济大学 一种提高高反射薄膜激光损伤阈值的镀制方法
CN102965614A (zh) * 2012-11-23 2013-03-13 同济大学 一种激光薄膜的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101713061A (zh) * 2008-10-07 2010-05-26 四川欧瑞特光电科技有限公司 电子束制备HfO2/SiO2多层反射膜的方法
CN101565813A (zh) * 2009-05-18 2009-10-28 南京华显高科有限公司 MgO薄膜电子束蒸发制备方法及装置
CN102747328A (zh) * 2012-06-27 2012-10-24 同济大学 一种提高高反射薄膜激光损伤阈值的镀制方法
CN102965614A (zh) * 2012-11-23 2013-03-13 同济大学 一种激光薄膜的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
马平等: "不同工艺制备的高反射薄膜在真空与大气环境下的激光损伤特性", 《强激光与粒子束》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104032266A (zh) * 2014-02-13 2014-09-10 同济大学 一种提高近红外高反膜激光损伤阈值的方法
CN104158076A (zh) * 2014-07-25 2014-11-19 同济大学 一种提高Tm激光器腔镜用薄膜损伤阈值的制备方法
CN105887022A (zh) * 2016-04-19 2016-08-24 中国科学院上海光学精密机械研究所 缝合基板凹陷结构缺陷获得高损伤阈值高反膜的方法
CN105887022B (zh) * 2016-04-19 2018-06-19 中国科学院上海光学精密机械研究所 缝合基板凹陷结构缺陷获得高损伤阈值高反膜的方法
CN109207934A (zh) * 2017-06-29 2019-01-15 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种采用石英环光学镀膜材料改善高反膜微缺陷的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102747328B (zh) 一种提高高反射薄膜激光损伤阈值的镀制方法
Long et al. Third-order optical nonlinearities in anatase and rutile TiO2 thin films
CN103215550A (zh) 一种提高近红外高反膜激光损伤阈值的镀制方法
CN108766857B (zh) 一种GaAs纳米光学共振结构光电阴极电子源及其制备方法
CN103173720A (zh) 一种防水性激光薄膜的制备方法
CN106348616B (zh) 一种SiO2/TiO2减反射膜的制备方法
CN105002469B (zh) 一种陶瓷‑金属纳米线复合薄膜及其制备方法
Chodun et al. The state of coating–substrate interfacial region formed during TiO2 coating deposition by Gas Injection Magnetron Sputtering technique
Tao et al. Development of textured back reflector for n–i–p flexible silicon thin film solar cells
CN103215551A (zh) 一种提高355nm高反膜损伤阈值的镀制方法
CN107863675B (zh) 一种用于板条激光器谐振腔全反射面的薄膜结构
Wan et al. Linear and third-order nonlinear optical absorption of amorphous Ge nanoclusters embedded in Al 2 O 3 matrix synthesized by electron-beam coevaporation
Perales et al. Improvement of MgF2 thin coating films for laser applications
CN103368058A (zh) 一种基于石墨烯的可饱和吸收镜及制造方法
Guo et al. Effects of structural defects on laser-induced damage of 355-nm high-reflective coatings sputtered on etched substrates
CN104032266A (zh) 一种提高近红外高反膜激光损伤阈值的方法
CN105470341A (zh) 一种廉价无序宽谱广角减反结构及其制作方法
Song et al. High-performance antireflection nanostructure arrays on aluminum-doped zinc oxide film fabricated with femtosecond laser near-field processing
CN106299053A (zh) 一种基于光子晶体结构的量子点发光二极管及制备方法
Salminen et al. Pulsed laser deposition of yttria-stabilized zirconium dioxide with a high repetition rate picosecond fiber laser
Chen et al. Study on laser-stricken damage to alumina ceramic layer of different surface roughness
Yang et al. Fabrication of composite structures for full spectrum photon management in solar energy utilization
Dong-Sheng et al. Deposition of diamond-like carbon films with femtosecond KrF laser pulses
LU93245B1 (en) Process for the production of an organized network of nanowires on a metallic substrate
CN113045214B (zh) 一种陶瓷孔洞阵列结构减反膜及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130724