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
光子学报
2021, 50(12): 1206001
1 中国科学院大学光电学院，北京 100049
2 中国科学院光电技术研究所薄膜光学技术研究室，四川 成都 610209
光学薄膜在制备和使用过程中会因缺陷和污染等产生吸收中心，当薄膜受激光辐照后，吸收中心吸收光能会产生热信号，根据热信号可以测量光学薄膜的光学吸收损耗。本文提出基于红外热像仪测量薄膜光学吸收损耗的方法，在测试中加入参考样品可以减少环境温度变化和热像仪噪声对于温度测试结果的影响，对测量过程温度场取一定面积进行平均减少了激光指向波动和光斑分布不理想导致的有限元仿真计算误差。使用本方法测试了小尺寸45°的高反膜吸收损耗，测试得到吸收损耗为7.60 ppm，且测试了同批次大尺寸光学薄膜样品吸收损耗的空间分布情况。使用本方法测量的光学薄膜吸收率和激光量热测试结果一致，不需要长时间的恒温和严格环境温度控制，且测试样品尺寸不受限制。
薄膜光学 吸收损耗 红外热像仪 有限元 吸收测量 optical thin film absorption loss infrared thermography finite element absorption measurement
1 电子科技大学 光电科学与工程学院, 成都 610054
2 中国科学院 光电技术研究所, 成都 610209
为了研究真空环境对光学薄膜的影响, 将离子辅助沉积制备的1064nm强光反射膜样品放置于真空度优于1×10-5Pa的不锈钢真空室, 实验观测其反射率和吸收损耗随放置时间的变化。结果表明, 样品在真空环境放置335h后, 其反射率从99.9823%下降到了99.9543%, 吸收损耗从6.8×10-6上升到了59.5×10-6,用酒精乙醚混和液擦拭后其光学性能完全恢复,样品表面的污染层厚度随时间增加;操作过程中的人为因素是导致强光反射膜元件光学性能持续下降的主要原因。这一结果对高能/高功率激光光学元件在真空应用环境中稳定性的提高是有帮助的。
薄膜, 污染, 激光量热法, 光腔衰荡, 吸收损耗, 反射率 thin films contamination laser calorimetry cavity ring-down absorptance reflectance vacuum environment
1 吉林工程技术师范学院 量子信息技术交叉学科研究院, 长春 130052
2 吉林省量子信息技术工程实验室, 长春 130052
3 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130000
根据浸没式光刻系统的技术要求, 设计了光束稳定系统, 通过两个反射镜消除光束的位置漂移和指向漂移.基于深紫外材料特性, 选择JGS1作为反射镜的基底, Al2O3和MgF2为高、低折射率薄膜材料.通过膜系设计软件完成了高反射膜的设计和模拟分析, 并采用真空沉积技术研制了该薄膜.通过选择行星夹具镀膜设备和设计特定的补偿挡板来保证薄膜的非均匀性小于0.2%.测试了反射镜样片的光谱曲线和表面微观结构, 结果表明研制的薄膜在45°入射时的反射率为98.5%, 散射损耗为0.30%, 满足系统使用要求.
光学薄膜 光束稳定系统 非均匀性 吸收损耗 散射损耗 Optical thin film Beam stabilization system Non-uniformity Absorption loss Scattering loss
1 华东理工大学,机械与动力工程学院,承压系统安全科学教育部重点实验室,上海,200237
2 中国科学院,上海光学精密机械研究所,上海,201800
采用1/4规整膜系,从电场强度、吸收损耗及散射损耗的分布几个方面,对影响193 nm反射膜性能的因素进行了分析.以分析结果为基础,对低损耗193 nm反射膜的设计进行了探讨.结果表明:在空气侧的外膜层中电场强度较大,随着层数向内过渡,电场强度迅速减小;高折射率材料膜层的吸收损耗明显高于低折射率材料膜层的吸收损耗,而且靠近空气侧最外层的高折射率膜层的吸收损耗最大;按由外层向内层过渡的方向,吸收损耗迅速减小,减小的速度与高低折射率材料折射率的比值相关;表面散射损耗与两种材料的折射率比值成正比,但折射率比值减小后只能通过增加膜层数来获得一定的反射率,而这样又会使表面粗糙度增加,并且引入其它的损耗.因此,选择折射率差值适当大一些的材料对降低散射损耗是有利的.设计了27层膜堆的193 nm反射膜,设计反射率在98%以上.
反射膜 电场强度 吸收损耗 散射损耗
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院,北京 100039
激光二极管(LD)泵浦腔内倍频Nd:YAG/LBO蓝光473 nm激光器在不加入腔内特殊元件的情况下,倍频输出功率往往具有很大的高频噪声,即所谓的"蓝光问题",这很大程度上限制了473 nm蓝色激光的应用.为了降低该激光器件倍频输出功率的高频噪声,采用了提高腔内基频光循环强度和缩短激光晶体以减小准三能级激光系统再吸收损耗的方法来实现473 nm激光器的低噪声运转.实验中利用两个2 WLD耦合作为泵浦源及1.0 mm厚的Nd:YAG材料作为激光晶体,在利用10 mm长LBO材料作为倍频晶体的情况下,获得了输出功率为195 mW的具有低噪声特性的473 nm蓝光激光运转.实验结果表明,倍频输出功率(峰-峰)/平均值＜1%,激光输出在1 h内没有激光跳变现象,并且无需在腔内引入其它元件.
蓝光激光器 腔内倍频 噪声 准三能级 再吸收损耗
1 中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033
2 中国科学院,研究生院,北京,100039
利用同种激光晶体Nd∶YAG和同种倍频晶体LiB3O5(LBO)分别构成蓝光(473 nm)与绿光(532 nm)激光器并进行了噪声特性研究.分析了腔内倍频准三能级与四能级激光器噪声的不同机理.实验发现:在输出功率为50 mW的情况下,腔内倍频准三能级激光系统的倍频光噪声为120%,比腔内倍频四能级激光器噪声大得多,后者在输出功率为60 mW的情况下,激光噪声在5%以下.针对准三能级倍频激光器的这种特点,采用耦合微分方程组模型进行了分析.结果指出,问题的根源在于准三能级激光系统中具有较大的再吸收损耗,如果能够适当控制该损耗,准三能级激光系统的倍频噪声问题便会得以改善.
腔内倍频激光器 噪声 准三能级 耦合微分方程组 再吸收损耗
用于井下永久性测量的光纤传感器,由于在高温高压等恶劣环境下会与井下物质发生各种反应从而引起光纤吸收损耗的增加.为了掌握井下永久性测量用光纤吸收损耗的增加情况,本文针对影响光纤吸收损耗的重要因素-氢与光纤的物理及化学反应进行了研究,分析了其影响机理,讨论了其对光纤测量性能及使用寿命的影响,仿真计算了氢与光纤发生的各种反应所导致的光纤吸收损耗的增加情况,得到了化学反应引起的吸收损耗增加是影响永久测量性能的主要因素的结论,并由此给出了有效减少氢对光纤井下永久测量影响的预防措施.
光纤传感器 永久测量 井下测量 吸收损耗
