光子学报
2023, 52(12): 1210003
西安工业大学光电工程学院, 陕西省光电测试与仪器技术重点实验室, 陕西 西安 710021
随着激光技术的不断发展, 对应用于大功率、高能量激光系统, 以及激光防护系统中的光学薄膜器件提出了高损伤阈值的要求。但目前在激光损伤阈值的测量上, 还存在测量标准不统一、重复性不好、准确性差、相互结果难以比对等问题, 其主要原因在于不同的材料及膜系适用于不同的损伤识别方法。对目前国内外在损伤识别方法方面的研究进行了总结, 阐述了图像法、散射法、等离子闪光法, 等离子体光谱法等多种不同的损伤识别方法, 介绍了各种方法识别损伤的原理、特点, 以及损伤识别的效果, 期望对激光损伤阈值测试方面的研究具有参考和借鉴。
激光损伤阈值 识别方法 薄膜 等离子体光谱法 声学法 质谱法 laser-induced damage threshold discriminant method thin film plasma spectroscopy acoustic method mass spectrometry
西安工业大学光电工程学院,陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室,陕西 西安 710021
光学元件的激光诱导损伤阈值是衡量其抗激光损伤能力的重要指标。周期性表面光学元件具有良好的光学特性,在高功率激光系统中也有着潜在的应用,准确测定其激光诱导损伤阈值尤为关键。本文分析了激光诱导损伤阈值不确定度的主要来源,建立了激光诱导损伤阈值不确定度的计算公式,给出了减小激光损伤阈值不确定度的处理方法。结果表明:当激光的标定光斑半径为400 μm、误差为10 μm、激光能量误差为5%时,能量密度引入的不确定度为0。则激光损伤阈值的不确定度主要来源为损伤几率不确定度和线性拟合不确定度。通过增加每一能量级的测量次数,可以进一步减小激光损伤阈值的不确定度。
光学元件 周期性表面 激光诱导损伤阈值 不确定度 激光与光电子学进展
2022, 59(23): 2320001
光子学报
2020, 49(10): 1031002
西安工业大学 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室, 西安 710021
以SiO2、TiO2、YF3为单组分材料分别制备了SiO2/YF3、TiO2/YF3复合薄膜,探究复合后膜层的光学、力学以及抗激光损伤性能的变化情况.采用双源共蒸技术,通过控制膜料蒸发时的沉积速率制备了混合摩尔比为1:1的两种氟氧化物复合薄膜,对复合膜层的折射率、消光系数、透射特性、表面形貌、粗糙度进行了测量,并研究了其抗激光损伤性能.结果表明:SiO2/YF3、TiO2/YF3复合膜层的折射率分别为1.478 7和1.864 6(波长550 nm),介于单组分材料之间(YF3为1.493 6、SiO2为1.465 1、TiO2为2.048 3),且均呈现正常色散分布;ZYGO干涉测量的结果显示,SiO2/YF3膜层的应力值为1.9 GPa,比单组分材料SiO2和YF3的0.4 GPa大但粗糙度小;TiO2/YF3膜层的应力值为0.8 GPa,比TiO2的3.9 GPa应力小但较YF3大,表现出较明显的应力调节效果;SiO2/YF3复合薄膜的激光损伤阈值为9.2 J/cm2,相比于单组分的SiO2提高了2.2%,较YF3提高了39.2%;TiO2/YF3的激光损伤阈值为7.8 J/cm2,相比于单组分的TiO2薄膜而言提高了85.6%,较YF3提高了17.4%.通过双源共蒸技术沉积得到的氟氧化物复合薄膜,吸收小、膜层折射率可调;SiO2/YF3、TiO2/YF3复合膜层的抗激光损伤性能均优于单组分材料;YF3的掺杂能够明显降低单一TiO2材料的应力,但SiO2/YF3的应力大于单组分的SiO2、YF3薄膜.
复合薄膜 氟化物 氧化物 双源共蒸技术 光学性能 应力 激光损伤阈值 Composite films Fluoride Oxide Dual-source co-evaporation technique Optical properties Stress Laser induced damage threshold
Author Affiliations
Abstract
Shaanxi Provincial Key Laboratory of Thin Films Technology and Optical Test, Xi’an Technological University, Xi’an 710021, China
The plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) technique is well suited for fabricating optical filters with continuously variable refractive index profiles; however, it is not clear how the optical and structural properties of thin films differ when deposited on different substrates. Herein, silicon nitride films were deposited on silicon, fused silica, and glass substrates by PECVD, using silane and ammonia, to investigate the effects of the substrate used on the optical properties and structures of the films. All of the deposited films were amorphous. Further, the types and amounts of Si-centered tetrahedral Si–SivN4-v bonds formed were based upon the substrates used; Si–N4 bonds with higher elemental nitrogen content were formed on Si substrates, which lead to obtaining higher refractive indices, and the Si–SiN3 bonds were mainly formed on glass and fused silica substrates. The refractive indices of the films formed on the different substrates had a maximum difference of 0.05 (at 550 nm), the refractive index of SiNx films formed on silicon substrates was 1.83, and the refractive indices of films formed on glass were very close to those formed on fused silica. The deposition rates of these SiNx films are similar, and the extinction coefficients of all the films were lower than 10?4.
thin films plasma-enhanced chemical vapor deposition optical properties structural properties substrate materials Chinese Optics Letters
2020, 18(8): 083101
西安工业大学 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室, 西安 710072
以双抛Si片为基底, 采用离子束辅助热蒸发沉积技术研制了1.2~3 μm波段激光薄膜滤光片.采用长波通滤光片与减反射膜相结合的薄膜样品设计方法, 高、低折射率材料分别选用ZnS和MgF2, 综合考虑光谱特性和电场强度分布, 使用TFCale膜系软件设计出1.064 μm高反、1.2~3 μm波段增透的长波通滤光片.长波通膜系膜系结构为G|4H2L1.5H2L2H1.5L2H4L|A, 减反射膜膜系结构为G|3.5H3.5L|A.最终实现1.2~3 μm波段峰值透过率达98.48%, 平均透过率为92.35%, 1.064 μm处透过率为5.09%的光谱特性.对薄膜样品分别采用离子束处理和退火处理, 发现适当的工艺参数, 有助于提高薄膜激光损伤阈值, 当退火温度为250℃时, 其激光损伤阈值可达6.3 J/cm2.本文研究可为近红外薄膜滤光片设计和制备提供参考.
近红外薄膜 离子束辅助热蒸发沉积 激光损伤阈值 电场强度 后续处理 Near infrared film Ion beamassisted thermal evaporation deposition Laser induced damage threshold Electric field intensity Posttreatment
西安工业大学 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室, 陕西 西安 710021
采用电子束热蒸发技术制备了ZnSe薄膜, 研究了532 nm波长的不同能量(2.0 mJ、2.5 mJ、3.0 mJ)、不同脉冲数(3、10、15)激光诱导前后, ZnSe薄膜的透射率、折射率、消光系数、损伤阈值(LIDT)的变迁。研究结果显示, 在能量为2.0 mJ激光辐照后, ZnSe薄膜折射率提高, 透射率下降。相比较能量为2.5 mJ、3.0 mJ激光辐照, 在能量为2.0 mJ激光辐照后折射率提高最明显, 由2.489 4提高到2.501 6。薄膜损伤阈值从0.99 J/cm2提高到1.39 J/cm2(10脉冲辐照); 薄膜的损伤经过了无损伤到严重损伤突变的损伤演变过程。采用原子力显微镜对预处理后薄膜表面粗糙度进行检测, 发现激光预处理后的薄膜表面粗糙度Ra有所下降, 从0.563 nm降低到0.490 nm(15脉冲激光辐照)。
硒化锌 预处理 透射率 折射率 消光系数 损伤阈值 zinc selenide pretreatment transmission refractive index extinction coefficient damage threshold