1 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室，上海 201800
2 中国科学院强激光材料重点实验室，上海 201800
激光系统用薄膜元件既要有优异的光学性能，又要有高的激光诱导损伤阈值（LIDT）。薄膜元件的基底表面上交替沉积有高低折射率材料，通过膜厚、折射率等参数的优化可实现所需的光学性能，但元件中存在的微缺陷（如膜料喷溅缺陷、基底缺陷等）是导致LIDT降低的重要原因。通过精准定位切割、三维重构的方法，表征膜料喷溅和基底抛光产生的微缺陷的形貌结构，并对其激光辐照前后的元素分布进行了分析。研究结果为镀制工艺、基底加工工艺的改进提供了参考。
薄膜 激光损伤 微缺陷 喷溅 基底抛光
1 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海201800
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京100049
3 国科大杭州高等研究院, 浙江 杭州310024
激光技术的不断发展对激光薄膜的光学性能、激光损伤阈值、机械性能等提出了越来越高的要求。具有低吸收损耗的激光薄膜在强激光、精密测量等领域有十分重要的应用。从电子束蒸发和离子束溅射沉积工艺、薄膜材料两个方面,对激光薄膜在吸收损耗控制方面的研究进展进行综述,详细介绍了制备过程中多个环节对薄膜吸收损耗的调控方法,以及单一材料和混合物薄膜的吸收机理、吸收调控方法。
薄膜 吸收损耗 混合材料 电子束蒸发 离子束溅射
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Thin Film Optics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Key Laboratory of Materials for High Power Laser, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
3 School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
4 School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University, Shanghai 201210, China
Different laminated structures of composite film were prepared via atomic layer deposition (ALD) on alumina substrates. The effect of the annealing temperature in the air on the surface morphologies, crystal structures, binding energies, and ingredient content of these films was investigated using X-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy. Results showed that the binding energy of Ti and Si increased with decrease of the Ti content, and the nanolaminated films exhibited a complex bonding structure. As the annealing temperature increased, the thickness of the nanolaminated films decreased, and the density and surface roughness increased. An increase in the crystallization temperature was proportional to the content in composite film. The annealing temperature and thin thickness strongly affected the phase structure of the ALD thin film. To be specific, the thin film transformed into an anatase phase from an amorphous phase after an increase in the annealing temperature from 400°C to 550°C, and the film exhibited an anatase phase until the annealing temperature reached 850°C, owing to its extremely small thickness. The annealing process caused the Al ions in the substrate to diffuse into the films and bond with O.
atomic layer deposition nanolaminated film annealing thin films Chinese Optics Letters
2021, 19(12): 121406
1 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800
集成电路与光刻机系统中通常会设计并使用很多小曲率半径的大陡度透镜,以实现大数值孔径,这对镀制于其表面的紫外薄膜的性能提出了很高的要求。本文分析了行星夹具转动过程中大陡度凸透镜从中心到边缘位置的薄膜沉积角度的变化规律,研究了MgF2膜层的折射率随沉积角度的变化规律,明确了大陡度凸透镜从中心到边缘位置的膜层折射率不均匀性对深紫外增透膜的影响。针对小曲率半径大陡度凸透镜表面的膜层沉积特性,通过升高基底温度提高了折射率分布的均匀性,为大陡度透镜膜层折射率不均匀性修正提供了理论和实验依据。
张宇晖 1,2,3王胭脂 1,3,4陈瑞溢 1,2,3王志皓 1,2,3[ ... ]邵建达 1,3,4
1 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800
4 中国科学院超强激光科学卓越创新中心, 上海 201800
5 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
宽带高损伤阈值低色散镜是拍瓦激光系统中不可或缺的光学元件。系统性地研究了金属-介质镜、介质镜和组合介质镜的光学性能、色散特性、抗损伤特性以及损伤机理。介质膜能够提高金属膜的损伤阈值,银-介质低色散镜的传输效率和损伤阈值比Au、Al更高;在飞秒激光作用下,金属-介质镜在近损伤阈值处为典型的鼓包形貌,这是由于金属层吸收了大量能量而产生了热应力破坏。在组合介质镜中,保护层HfO2的存在降低了Ta2O5中的电场,初始损伤层被转移至HfO2中,且在不牺牲反射带宽和色散性能的前提下介质膜的损伤阈值得到了提升。
薄膜 低色散镜 反射膜 损伤阈值 拍瓦激光系统 中国激光
2020, 47(11): 1103001
中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海 201800
从光谱性能、激光损伤阈值和膜层应力等方面综述了激光偏振薄膜的研究进展。简述了中国科学院上海光学精密机械研究所针对我国惯性约束聚变激光驱动装置对大尺寸偏振薄膜的要求,在镀膜材料选择、膜系设计、薄膜制备等方面的研究进展。所研制的大尺寸偏振薄膜已成功应用于我国神光系列高功率激光、超强超短激光等大型激光装置。
薄膜 偏振薄膜 高功率激光 光谱性能 激光损伤阈值 膜层应力 光学学报
2019, 39(10): 1000001
中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室薄膜光学实验室, 上海 201800
用磁控溅射的方法在石英基底上制备了金(Au)膜,研究了Au膜在近激光损伤阈值(LIDT)飞秒脉冲激光辐照下的物相结构和表面形貌。结果表明:所制备的Au膜为(111)面取向生长的薄膜;近LIDT的激光辐照使辐照区的Au膜形成大晶粒,并由(111)单一取向变为多晶结构;Au膜晶粒尺寸的增大会导致表面粗糙度增加。实验结果为明确Au膜在飞秒激光作用下的损伤过程及后期应用提供了依据。
薄膜 飞秒激光 激光损伤阈值 损伤形貌
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
基于高反射膜层和Gires-Tournois(G-T)腔, 优化设计了一对低振荡高色散镜。该色散镜对的中心波长为800 nm, 能够在680~920 nm的带宽范围内提供-200 fs2的平坦的群延迟色散。基于双离子束溅射工艺, 利用Nb2O5和SiO2制备了低振荡高色散镜对, 并将其应用于800 nm钛宝石激光器系统。通过高色散镜对2次,100.8 fs 激光脉冲被压缩至19 fs。
薄膜 多层膜设计 干涉薄膜 脉冲压缩 钛宝石激光 中国激光
2018, 45(10): 1003001
中国科学院 上海光学精密机械研究所 强激光材料重点实验室, 上海 210800
回顾了国内在激光预处理技术研究方面取得的进展。综述了基于激光预处理技术提升基频介质膜、磷酸二氢钾/高掺氘磷酸二氢钾(KDP/DKDP)晶体等光学元件抗激光损伤性能的机理、效果和关键技术。针对高功率激光驱动器中关键光学元件激光负载能力的提高, 建立了大口径光学元件激光预处理平台, 实现了基频介质膜元件的激光预处理工程化作业。比较了纳秒和亚纳秒脉冲宽度激光对DKDP晶体损伤性能的影响。基于亚纳秒激光预处理后, 纳秒激光辐照至14.4 J/cm2(5 ns)尚未出现"本征"损伤的实验结果, 提出了用于DKDP晶体的亚纳秒激光预处理方案, 并指出亚纳秒激光预处理技术将成为高功率激光三倍频晶体抗激光损伤性能达标的关键技术。
激光预处理 激光与物质相互作用 高功率激光 激光损伤阈值 介质膜 磷酸二氢钾(KDP)晶体 高掺氘磷酸二氢钾(DKDP)晶体 laser conditioning high power laser system laser induced damage threshold dielectric coating potassium dihydrogen phosphate(KDP) crystal doped deuterium KDP(DKDP) crystal 光学 精密工程
2016, 24(12): 2938
中国科学院 上海光学精密机械研究所 强激光材料重点实验室, 上海 201800
综述了国内外科研人员在高性能偏振膜的研制方面开展的工作, 主要涉及偏振膜光谱性能、抗激光损伤阈值和膜层应力控制等方面的研究。针对我国神光系列装置对偏振膜的性能要求, 简述了中国科学院上海光学精密机械研究所采用电子束沉积技术在光谱性能、损伤阈值和面形精度三个方面开展的研究工作。给出了在薄膜设计、制备和后处理等方面进行的研究和取得的进展。结合上述研究成果, 得到了低缺陷密度、低应力的高性能偏振膜。 由本科研团队研制的布儒斯特角薄膜偏振器在在2012年和2013年SPIE激光损伤国际会议(SPIE Laser Damage)组织的全球性偏振膜激光损伤阈值水平竞赛中连续取得了p分量损伤阈值和平均损伤阈值最佳的结果。另外, 通过解决应力诱导膜层龟裂的重大技术问题, 在国内首先推出了大口径偏振片, 该大口径偏振片满足透射率TP>98%,反射率RS>99%的光谱性能要求和17 J/cm2(9 ns)的通量运行要求, 有力支撑了我国SGII-UP大型激光装置的稳定运行。
高功率激光 薄膜偏振片 激光损伤阈值 应力控制 综述 high-power laser thin-film polarizer laser damage threshold stress control review 光学 精密工程
2016, 24(12): 2908
