1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜实验室，上海 201800
3 中国科学院强上海光学精密机械研究所激光材料重点实验室，上海 201800
4 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心，北京 100049
5 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
时间分辨的泵浦探测技术是研究光学元件损伤动态过程的有力手段。基于增强电荷耦合器件（ICCD）的时间分辨泵浦探测技术，对比研究了1064 nm纳秒激光辐照下HfO2/SiO2增透膜膜面处于激光入射面（正向过程）和出射面（反向过程）两种情况下的动态损伤过程。在同一能量密度（52 J/cm2）激光辐照下，正向和反向过程都产生了无膜层剥落的小坑损伤以及伴随膜层剥落的小坑损伤，但反向过程产生的小坑的横向尺寸和深度都比正向的大。有限元分析结果表明正向和反向过程中增透膜内部的基底-膜层界面场强相似，但实际损伤形貌尺寸以及依据冲击波传播速度计算得到的爆炸能量都表明反向过程沉积的能量更大，可见等离子体形成后在后续激光脉冲辐照下的发展过程决定了两种情况下的损伤差异。增透膜损伤的时间分辨研究对其损伤机制分析以及实际应用具有重要意义。
薄膜 增透膜 激光诱导损伤 时间分辨 等离子体 冲击波
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 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室，上海 201800
以沉积在Si［100］基底的Mo/Si多层膜为例，通过透射电镜（TEM）测量了多层膜在不同倾转角度下的界面结构，并提取了多层膜的周期厚度以及单周期中Mo层和Si层的厚度。结果表明：样品沿α方向倾转时，Mo层和Si层的测量厚度几乎没有变化，但界面粗糙度增大，这是由于旋转时薄膜的厚度方向始终与电子束垂直，而电子束穿过的TEM样品厚度Z增大；样品沿β方向倾转时，由于倾转时样品截面与电子束不垂直，造成伪影严重，无法区分Mo层和Si层，多层膜的测量总厚度随倾转角的增大先增大后减小。此外，提出了样品沿β方向倾转后测量薄膜厚度的计算公式。对于较薄的薄膜，随着倾转角β的增大，测量厚度增大；对于较厚的薄膜，随着倾转角β的增大，测量厚度先增大后减小。薄膜厚度t0越小，沿β方向倾转后测量厚度的相对误差越大。当TEM样品厚度Z为10 nm时，沿β方向倾转后测量厚度的相对误差较小。
透射电镜 倾转角度 薄膜界面 膜层厚度
强激光与粒子束
2023, 35(7): 071001
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 中国科学院强激光材料重点实验室，上海 201800
4 中国科学院大学杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
5 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
目前，高反射率反射镜在激光陀螺和引力波探测等领域中有着广泛的应用。但对于反射率为99.9%~99.99%的样品，现有测试手段存在一定局限性。搭建了基于分光光度法的反射率测量装置，采用双光路测量方法，通过测量参考信号和基准信号、参考信号和测试信号的差分信号来计算反射率。与绝对值较大的参考信号、基准信号和测试信号等相比，信号差值本身相对较小，因此可以充分利用锁相放大器的灵敏度来提高反射率的测量精确度。所介绍的测量方法的精确度可达10-5，与光腔衰荡法进行对比，测量误差在0.009%以下。所提方法用简单的装置就能达到较高的精确度，满足99.9%~99.99%反射率的精确测量需求。
测量 激光光学 高反射率 分光光度法 光学薄膜 锁相放大器 中国激光
2023, 50(10): 1004002
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 中国科学院强激光材料重点实验室，上海 201800
3 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
4 中国科学院大学杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
提出了一种基于表面热透镜技术的热扩散率测量方法。利用脉冲泵浦光加热样品，热量沿膜层传导形成温度场，温升区域热膨胀形成表面热包，其对探测光具有调制作用，产生了表面热透镜效应。通过分析热透镜信号的相位与探测距离的关系，求出了对应泵浦光频率下的热扩散长度，进而求得热扩散率。测量了膜厚为150 nm的铬膜样品的热扩散率，所提方法的测量结果为36.9 mm2/s，与光热偏转法的测量误差仅为0.8%，与其他不同类型样品在两种方法下的测量结果也较为接近，证明了所提方法的有效性。相对于光热偏转法，所提方法具有装置简单、受环境影响较小等优点。
薄膜 激光光学 激光损伤 表面热透镜 热扩散率 中国激光
2022, 49(21): 2103101
强激光与粒子束
2022, 34(1): 011004
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
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
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；国防科技大学 脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽 合肥 230037；中国科学院 强激光材料重点实验室，上海 201800
2 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；中国科学院 强激光材料重点实验室，上海 201800
3 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；中国科学院 强激光材料重点实验室，上海 201800；中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
4 华中科技大学 光学与电子信息学院，武汉 430070
液晶相位调控器件在聚变点火、激光加工、光电对抗、激光雷达、激光通讯、激光防护等高功率激光领域有着非常广泛的应用及应用前景。但受限于构成器件材料自身抗激光损伤能力的限制以及缺乏对高功率激光辐照下液晶相位调控器件相位调控性能退化及损伤特性的系统研究，目前液晶相位调控器件的激光耐受力还难以满足高功率激光系统的应用和发展需求。为指导高激光耐受力液晶相位调控器件的制备工艺优化，对液晶相位调控器件在高峰值和高平均功率激光应用下出现的损伤现象以及性能退化进行了综述，最后对液晶相位调控器件激光耐受力提升方法做了总结和归纳。
液晶 高功率激光 相位调控 激光损伤 工艺优化 liquid crystal high power lasers phase modulation laser damage optimization of the fabrication process 强激光与粒子束
2020, 32(3): 032003
