CN103215551A - 一种提高355nm高反膜损伤阈值的镀制方法 - Google Patents

一种提高355nm高反膜损伤阈值的镀制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103215551A
CN103215551A CN2013101029483A CN201310102948A CN103215551A CN 103215551 A CN103215551 A CN 103215551A CN 2013101029483 A CN2013101029483 A CN 2013101029483A CN 201310102948 A CN201310102948 A CN 201310102948A CN 103215551 A CN103215551 A CN 103215551A
Authority
CN
China
Prior art keywords
reflective film
film
sio2
laser
threshold
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
CN2013101029483A
Other languages
English (en)
Inventor
鲍刚华
程鑫彬
马宏平
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 CN2013101029483A priority Critical patent/CN103215551A/zh
Publication of CN103215551A publication Critical patent/CN103215551A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明涉及一种提高355nm高反膜激光损伤阈值的制备方法，该方法属于薄膜光学领域，主要针对355nm激光高反膜中限制阈值的最根本因素——镀膜材料的能带隙，能带隙越大，阈值就越高。常规的355nm高反膜由规整1/4波长厚度的HfO2和SiO2交替组成，受限于材料的能带隙，阈值无法进一步明显提升。而能带隙较高的Al2O3，则因为折射率较低,且张应力较大，和SiO2搭配，不易获得良好的光谱特性。本发明将HfO2/SiO2膜堆良好的光谱特性和Al2O3/SiO2膜堆良好的抗激光损伤特性结合起来，在常规HfO2/SiO2高反膜的最外层加镀非规整1/4波长厚度的Al2O3/SiO2膜堆，从而大幅度提高了355nm高反膜的激光损伤阈值。本发明具有针对性强、品质高、简单易行的特点。

Description

一种提高355nm高反膜损伤阈值的镀制方法
技术领域
本发明属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种提高355nm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
在高功率激光系统领域，355nm高反膜是强激光系统中关键元件之一，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355nm激光高反膜损伤机制的理论和实验研究表明，决定其损伤阈值高低的根本因素是镀膜材料本身能带隙的大小。HfO2和SiO2是目前激光系统中355nm高反膜制备时最常用的高低折射率材料。实际应用中损伤主要发生在最外面的几层薄膜。特别是HfO2层内，这是因为最外面几层薄膜内的电场分布最大，且HfO2比SiO2的能带隙小所致；其次是高低折射率膜层的界面，这是因为能够引起薄膜损伤的纳米吸收中心主要分布在界面。当前常用的解决方法是优化最外面几层的电场分布，使HfO2膜层内部和膜层界面处的电场分布尽可能小。但受HfO2能带隙大小所限，改变电场分布对薄膜阈值的改善有限。Al2O3也是一种常用的激光薄膜材料，虽然能带隙大于HfO2，但折射率较低，且具有较大的张应力，和SiO2搭配不易获得良好的光谱特性。综上所述，对于常用的HfO2/SiO2355nm高反膜而言，受限于镀膜材料本身的能带隙，传统的阈值改善手段效果有限，无法大幅度地提高激光损伤阈值。
发明内容
本发明在保持电子束蒸发的优势的同时，从限制355nm高反射薄膜阈值提升的最关键因素-高折射率材料的能带隙入手，提供了一种提高355nm高反射薄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、品质和效率高、简单易行的特点。
本发明的技术解决方案如下：
一种提高355nm高反射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；
(2)控制镀膜机内真空室本底真空度为1×10-3Pa～3×10-3Pa，将基板加热至180-200度，并恒温70-90分钟；
(3)采用电子束交替蒸发13-17个周期的规整1/4波长光学厚度的HfO2和SiO2；
(4)采用电子束依次蒸发0.8Al2O3，1.2SiO2，0.8Al2O3，1.2SiO2，0.8Al2O3和2SiO2，其中0.8、1.2和2代表规整1/4波长光学厚度的倍数；
(5)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，所述基板可以是光学玻璃，也可以是晶体。
利用本发明得到的样品为高反射薄膜，其膜系结构为：S|（HL）^N (0.8M1.2L)^3 0.8L| AIR，其中S代表基板，H代表1/4波长厚度的HfO2，L代表1/4波长厚度的SiO2，M代表1/4波长厚度的Al2O3，参考波长为355nm，N代表膜层交期的周期数，取值为13-17，AIR代表空气。
本发明的核心是在高反膜最容易发生损伤的膜层，用非规整1/4波长厚度的Al2O3材料代替传统规整1/4波长厚度的HfO2材料。其原理是：限制高反膜阈值的最根本因素是镀膜材料本身的能带隙。对于高反射薄膜而言，最外面几层的电场分布最强，因此损伤主要发生在最外面几层。Al2O3材料的能带隙为8.8eV,远大于HfO2材料的4.2eV，在高反膜的最外面几层用Al2O3材料代替HfO2材料，对光谱反射率特性的影响很小，但却可以从根本上提升薄膜的阈值。对于规整1/4波长厚度高反膜而言，电场强度的峰值处于两层膜的界面处，而界面处又是薄膜结构特性最差的地方，因此这里是损伤最易发生的地方，而在本发明中，最外层为非规整膜系，电场强度的极大值分布在膜层内部，而非界面。综上所述，通过改变最外层的膜系结构，用非规整1/4波长厚度的Al2O3材料代替传统规整1/4波长厚度的HfO2材料，从根本上改善了355nm纳秒激光高反射薄膜的损伤特性，阈值得到显著地提高。
本发明的技术效果如下：
1.      可有效降低高反射薄膜的本征吸收。对比传统高反射薄膜，改善后的高反薄膜的弱吸收测量有明显降低；
2.      可有效提高高反射薄膜的损伤阈值。对比传统高反射薄膜，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。Al2O3材料是最常见的镀膜材料，比HfO2材料便宜。Al2O3材料的蒸镀工艺成熟稳定，易于操作。
4.      本发明方法针对性强、品质和效率高。此方法直接针对限制高反射膜最根本的因素，极大改善了薄膜的损伤特性。
具体实施方式
下面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，用电子束交替蒸发14个周期的规整1/4波长厚度的HfO2和SiO2；再用电子束依次蒸发0.8Al2O3，1.2SiO2，0.8Al2O3，1.2SiO2，0.8Al2O3，2SiO2，其中0.8、1.2和2代表规整1/4波长厚度的倍数。镀膜中使用的膜料为高纯度的HfO2颗粒，SiO2石英环，以及高纯度的Al2O3颗粒。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。
与传统方法镀制的高反射薄膜进行对比研究发现，本发明镀制的薄膜将弱吸收由300ppm降到了160ppm；激光损伤阈值则由7J/cm2（5ns）提高到了18J/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，用电子束交替蒸发14个周期的规整1/4波长厚度的Hf和SiO2；再用电子束依次蒸发0.8Al2O3，1.2SiO2，0.8Al2O3，1.2SiO2，0.8Al2O3，2SiO2，其中0.8、1.2和2代表规整1/4波长厚度的倍数。镀膜中使用的膜料为高纯度的金属Hf，SiO2石英环，以及高纯度的Al2O3颗粒。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。
与传统方法镀制的高反射薄膜进行对比研究发现，本发明镀制的薄膜将弱吸收由240ppm降到了135ppm；激光损伤阈值则由12J/cm2（5ns）提高到了20J/cm2（5ns）。

Claims (3)

1.一种提高355nm激光高反膜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；
(2)控制镀膜机内真空室本底真空度为1×10-3Pa～3×10-3Pa，将基板加热至180-200度，并恒温70-90分钟；
(3)采用电子束交替蒸发13-17个周期的规整1/4波长光学厚度的HfO2和SiO2；
(4)采用电子束依次蒸发0.8Al2O3，1.2SiO2，0.8Al2O3，1.2SiO2，0.8Al2O3和2SiO2，其中0.8、1.2和2代表规整1/4波长光学厚度的倍数；
(5)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所述的镀制方法，其特征在于所述的基板采用光学玻璃或晶体。
3.根据权利要求1所述的镀制方法，其特征在于所得的样品为高反射薄膜，其结构为：S|（HL）^N (0.8M1.2L)^3 0.8L| AIR，其中S代表基板，H代表1/4波长厚度的HfO2，L代表1/4波长厚度的SiO2，M代表1/4波长厚度的Al2O3，参考波长为355nm，N代表膜层交期的周期数，取值为13-17，AIR代表空气。
CN2013101029483A 2013-03-28 2013-03-28 一种提高355nm高反膜损伤阈值的镀制方法 Pending CN103215551A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013101029483A CN103215551A (zh) 2013-03-28 2013-03-28 一种提高355nm高反膜损伤阈值的镀制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013101029483A CN103215551A (zh) 2013-03-28 2013-03-28 一种提高355nm高反膜损伤阈值的镀制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103215551A true CN103215551A (zh) 2013-07-24

Family

ID=48813693

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013101029483A Pending CN103215551A (zh) 2013-03-28 2013-03-28 一种提高355nm高反膜损伤阈值的镀制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103215551A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106630678A (zh) * 2016-12-28 2017-05-10 中国电子科技集团公司第十八研究所 具有原子氧防护性的抗辐照玻璃盖板薄膜及其制备方法
CN107863675A (zh) * 2017-09-20 2018-03-30 同济大学 一种用于板条激光器谐振腔全反射面的薄膜结构
CN109061877A (zh) * 2018-08-06 2018-12-21 成都精密光学工程研究中心 结构参数计算方法和结构参数计算装置
CN110441845A (zh) * 2019-07-19 2019-11-12 中国科学院上海光学精密机械研究所 渐变界面纳米薄层提升HfO2/Al2O3/SiO2紫外反射膜激光损伤阈值的方法
CN110441844A (zh) * 2019-06-24 2019-11-12 东莞理工学院 一种10 kW半导体激光器用高反膜及其制备方法
CN111500987A (zh) * 2019-12-17 2020-08-07 西南技术物理研究所 一种基于金属铪沉积二氧化铪薄膜的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
袁景梅等: "高折射率材料吸收特性对193nm HfO_2/SiO_2,Y_2O_3/SiO_2,Al_2O_3/SiO_2多层膜反射特性的影响", 《中国激光》 *
高怀林等: "SR-FEL宽带腔镜与双带腔镜光学膜系实验研究与研制", 《高能物理与核物理》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106630678A (zh) * 2016-12-28 2017-05-10 中国电子科技集团公司第十八研究所 具有原子氧防护性的抗辐照玻璃盖板薄膜及其制备方法
CN106630678B (zh) * 2016-12-28 2019-10-08 中国电子科技集团公司第十八研究所 具有原子氧防护性的抗辐照玻璃盖板薄膜及其制备方法
CN107863675A (zh) * 2017-09-20 2018-03-30 同济大学 一种用于板条激光器谐振腔全反射面的薄膜结构
CN107863675B (zh) * 2017-09-20 2020-06-02 同济大学 一种用于板条激光器谐振腔全反射面的薄膜结构
CN109061877A (zh) * 2018-08-06 2018-12-21 成都精密光学工程研究中心 结构参数计算方法和结构参数计算装置
CN109061877B (zh) * 2018-08-06 2020-11-27 成都精密光学工程研究中心 结构参数计算方法和结构参数计算装置
CN110441844A (zh) * 2019-06-24 2019-11-12 东莞理工学院 一种10 kW半导体激光器用高反膜及其制备方法
CN110441845A (zh) * 2019-07-19 2019-11-12 中国科学院上海光学精密机械研究所 渐变界面纳米薄层提升HfO2/Al2O3/SiO2紫外反射膜激光损伤阈值的方法
CN111500987A (zh) * 2019-12-17 2020-08-07 西南技术物理研究所 一种基于金属铪沉积二氧化铪薄膜的方法
CN111500987B (zh) * 2019-12-17 2022-06-10 西南技术物理研究所 一种基于金属铪沉积二氧化铪薄膜的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103215551A (zh) 一种提高355nm高反膜损伤阈值的镀制方法
CN102747328B (zh) 一种提高高反射薄膜激光损伤阈值的镀制方法
Belleville et al. Ammonia hardening of porous silica antireflective coatings
CN104218443A (zh) 基于二维层状材料的实用化可饱和吸收器件及其制备方法
Liu et al. Study on high-reflective coatings of different designs at 532 nm
CN107863675B (zh) 一种用于板条激光器谐振腔全反射面的薄膜结构
CN104369440B (zh) 用于激光器的全介质反射膜及其制备方法
CN102681041A (zh) 环境稳定性深紫外光学薄膜及其制备方法
Du et al. Plate laser beam splitter with mixture-based quarter-wave coating design
CN103368058A (zh) 一种基于石墨烯的可饱和吸收镜及制造方法
CN108445567B (zh) 一种高损伤阈值的高反膜及制备方法
CN103368059B (zh) 基于石墨烯的反射型可饱和吸收体及制备方法
CN110391583B (zh) 基于非化学计量比过渡金属氧化物薄膜的可饱和吸收体及其制备方法
CN110451817B (zh) 一种基于二氧化钒和超材料结构的智能窗膜及其制备方法
Patel et al. Improvements in the laser damage behavior of Ta2O5/SiO2 interference coatings by modification of the top layer design
CN103215550A (zh) 一种提高近红外高反膜激光损伤阈值的镀制方法
CN204290028U (zh) 基于二维层状材料的实用化可饱和吸收器件
Liu et al. Hybrid-material-based mirror coatings for picosecond laser applications
CN110634966A (zh) 一种超薄太阳光黑硅吸波器及其制备方法
Wang et al. Hydrophobic antireflective coating with high laser damage threshold by physical vapor deposition
CN104032266A (zh) 一种提高近红外高反膜激光损伤阈值的方法
Sun et al. Study of short-wavelength pass dichroic laser mirror coatings with hafnia–silica mixture layers
Wang et al. A comparative study of the influence of different post-treatment methods on the properties of HfO2 single layers
CN103233200A (zh) 一种355nm高阈值高反膜的制备方法
CN101710222A (zh) 一种具有高激光损伤阈值的三倍频高反射膜

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