利用电子束蒸发技术制备了氧化铪薄膜, 并分别用氧气氛下退火和激光预处理两种后处理方法对样品进行了处理。介绍了两种后处理工艺和相关的设备, 测试分析了样品的透过率、吸收和抗激光损伤阈值。对比了两种后处理方法对降低吸收和提高激光损伤阈值的效果, 讨论了它们的作用原理。实验结果表明,激光预处理能有效降低样品的吸收值, 提高样品的抗激光损伤阈值。采用一步法(50%初始损伤阈值)预处理后, 三倍频氧化铪薄膜的损伤阈值从13 J/cm2提升到15 J/cm2; 采用两步法(依次50%、80%初始损伤阈值)预处理后, 三倍频氧化铪薄膜的损伤阈值从13 J/cm2提升到17.5 J/cm2 , 损伤几率曲线整体向高通量区域平移。

充氧口位置直接影响了真空室内的氧气分布，进而对薄膜的光学性能造成重要影响。为了研究充氧口位置对HfO2薄膜性质的影响，在2个典型的充氧口位置采用电子束蒸发技术在石英基底上沉积了HfO2单层膜，并结合紫外-可见光分光光度计和X射线光电子能谱仪研究了不同充氧口位置下制得的HfO2薄膜的光学性能和化学成分。实验结果表明，将充氧口设置在基片附近更有利于得到致密性好、氧化充分的HfO2薄膜。根据实际真空室的构造建立简化的模型，应用k-ε二次方程湍流模型对镀膜过程中的氧气分布进行了三维数值模拟计算。模拟计算的结果很好地解释了实验结果。

激光弱吸收是导致光学薄膜损伤的重要原因.在(5～43)mPa的氧分压下制备并测试了一组HfO2薄膜.实验发现,当氧分压小于20 mPa时,薄膜弱吸收越大,损伤阈值越低;当氧分压大于20 mPa时,薄膜的损伤阈值与弱吸收并不一一对应,具有较高弱吸收的薄膜可能同时具有较高的损伤阈值.建立了缺陷模型,采用有限元法模拟了缺陷对弱吸收测量和损伤阈值测量的影响,分析了缺陷尺寸、密度、吸收系数对弱吸收和损伤阈值的影响.研究结果显示,吸收系数高于薄膜1 000倍的缺陷可以降低薄膜的损伤阈值1 000倍,却并不影响薄膜的弱吸收.缺陷对HfO2薄膜的激光弱吸收与损伤阈值测试有完全不同的影响,是导致某些薄膜弱吸收与损伤阈值背离的原因.

激光系统中的光学薄膜极易受到高能激光的辐照而产生热损伤，因此研究长脉冲激光作用下光学薄膜的温度场非常重要。建立了二维轴对称杂质模型，使用有限元方法计算了单层HfO2薄膜材料的瞬态温度分布，进一步分析了铂金杂质粒子的吸收系数、填满深度对膜层及其基底最大温升的影响。结果表明：相比于纯净HfO2薄膜，当薄膜中杂质粒子深度为100 nm时，其表面最大温度增加1倍左右；当粒子深度大于750 nm时，基底温度高于薄膜表面温度，从而可以使热损伤从薄膜基底开始。研究结果对于长脉冲激光系统中的光学薄膜的制备和预处理，具有一定的指导意义。