同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台，上海200092
根据我国强激光装置建设和工程任务对强激光薄膜元件的需求，基于对薄膜损伤机制的认识，同济大学提出了“全流程定量化”控制缺陷制备激光薄膜的思路。同济大学利用结构、性质可控人工小球制作定量化人工缺陷，系统研究了基板加工、超声清洗、电场模拟与调控、镀膜材料与工艺选择、镀后后处理、激光预处理、传递与保存等因素对薄膜元件激光损伤特性和损伤规律的影响。从损伤形貌和损伤规律上证实了节瘤缺陷电场增强理论模型的正确性，促进了研究人员对节瘤缺陷损伤机制的认知深度，提出了提升薄膜损伤性能的新途径，创建了新材料，实现了可兼顾环境稳定性、光谱特性和损伤特性的多功能强激光薄膜制备，有力支撑了我国强激光装置建设和激光技术的进一步提升。
激光薄膜 激光损伤 节瘤 人工缺陷 电场增强 laser coating laser damage nodule artificial defect electric field enhancement 光学 精密工程
2022, 30(21): 2568
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与 应用专业技术服务平台，上海200092
超低损耗激光薄膜在引力波探测、光原子钟、光腔衰荡光谱等精密测量领域具有重要应用。激光谐振腔的腔长稳定性和总光学损耗决定了测量系统的灵敏度和信噪比。在薄膜材料、制备工艺和检测技术的发展下，薄膜光学损耗控制和热噪声研究方面取得了显著的进展。在光学损耗方面，薄膜吸收已能控制在亚10-6量级，薄膜散射成为光学损耗的主要因素。本文重点从缺陷诱导散射和界面散射两方面梳理了薄膜散射控制的研究思路和成果，通过光学因子设计和界面功率谱密度调控降低薄膜界面散射，建立了节瘤缺陷诱导散射的理论分析模型，阐明其物理机制，提出了缺陷诱导散射的控制技术。在热噪声研究方面，主要介绍薄膜机械损耗的物理机制，通过薄膜材料体系优化降低反射薄膜的机械损耗，持续改进薄膜机械损耗的表征方法。
激光薄膜 界面散射 节瘤缺陷 机械损耗 laser coating interface scattering nodule defect mechanical loss 光学 精密工程
2022, 30(21): 2655
强激光与粒子束
2020, 32(7): 071006
1 西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
2 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
激光损伤阈值是衡量光学元件性能的重要参数,而判别薄膜是否发生了损伤是准确测量薄膜激光损伤阈值的关键,因此研究薄膜损伤的判别方法具有重要意义。传统方法准确度低、操作复杂、人为因素影响大,提出了以等离子体冲击波压强特征为标准的判定薄膜损伤的新思路。以多种单层薄膜为例,搭建测试平台,利用传声器采集激光辐照薄膜产生的等离子体冲击波,将该数据与国标法测得的激光薄膜损伤阈值相对照,找到对应的等离子体冲击波压强阈值。实验表明,该方法判别速度快,操作简单,测试设备搭建方便,并可以实时监测,能够大大提高检测效率。
激光损伤 激光诱导击穿 激光薄膜 等离子体冲击波 laser damage laser-induced breakdown laser film plasma shockwave
1 中国科学院光电技术研究所, 四川 成都 610209
2 中国科学院自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
利用有限元分析软件数值模拟了固体激光器系统中由单晶硅(Silicon)、石英(Silica)与超低膨胀玻璃(ULE)等不同材料制作的变形反射镜受激光辐照下的热畸变特性。计算结果表明: 当入射激光功率密度为 0.225 kW/cm2, 激光照射时间为 10 s, 镜面反射率为 99.9%时, 三种材料的变形镜的最大温升分别为0.804、6.751与7.122 ℃, 最大热变形分别为0.049 3、0.034 8与0.005 4 ?滋m, 相比之下, 单晶硅温升较小, 超低膨胀玻璃(ULE)的变形与应力最小, ULE是未来比较理想的镜面材料。最后, 对变形镜在长脉冲激光辐照下也进行了计算与分析。
自适应光学 变形镜 激光薄膜 有限元分析 adaptive optics deformable mirror laser thin film FEA 红外与激光工程
2016, 45(11): 1136002
成都精密光学工程研究中心，四川 成都 610041
对电子束蒸发方式镀制的HfO2/SiO2反射膜采用大口径激光进行辐照，采用激光量热计测量了激光辐射前后的弱吸收值。实验发现HfO2/SiO2反射膜在分别采用1 064 nm和532 nm的激光辐照前后薄膜吸收分别从5.4%和1.7%降低到1.4和1.2%。采用聚焦离子束技术分析了激光辐照后薄膜的损伤形态并探究了损伤原因，发现：薄膜在激光辐照下存在节瘤的地方容易出现薄膜损伤，具体表现为熔融、部分喷发、完全脱落3种形态，节瘤缺陷种子来源的差异是导致其损伤机理也存在着巨大差异的主要原因。同时这些节瘤缺陷种子来源也影响着激光预处理作用效果，激光预处理技术对于祛除位于基底上种子形成的节瘤是有效的，原因是激光辐射过后该节瘤进行了预喷发而不会对后续激光产生影响；而激光预处理技术对位于膜层中间的可能是镀膜过程中材料飞溅引起的缺陷是无效的，需要通过飞秒激光手段对该类节瘤进行祛除。
激光薄膜 激光预处理 聚焦离子束 thin film laser conditioning anti-reflection coating
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 北京卫星环境工程研究所 可靠性与环境工程重点实验室, 北京 100094
随着激光在航天器中应用的增加，出现了激光系统在空间环境中失效的现象。激光薄膜和基底元件（包括晶体和玻璃）是激光产生和输出的重要组成部分，空间环境对它们损伤性能的影响直接关系到激光系统的稳定性、使用寿命和光束质量，因此它们的空间损伤效应成为急需研究和论证的问题。总结了国内外激光薄膜和基底在不同空间环境(包括真空度、温度、污染、空间辐照等)的性能变化、损伤机理和改进措施，为用于航天器的激光薄膜和基底元件的性能评估、预测和性能改进提供理论依据和分析方法。
薄膜 激光薄膜 损伤 空间环境 基底 激光与光电子学进展
2012, 49(4): 040001
1 上海理工大学 光学与电子工程学院，上海 200093
2 中国科学院 上海光学精密机械研究所，上海 201800
综述了离子束辅助沉积技术在高功率激光薄膜制备中的应用研究进展。指出该技术在制备高激光损伤阈值的薄膜中存在的问题，即出现过高的堆积密度，会给薄膜带来杂质缺陷、化学计量比缺陷、损伤缺陷、晶界缺陷，制备薄膜的残余应力存在着压应力增加的趋势，会改变薄膜的晶体结构等。并指出了该研究领域的研究方向。
薄膜 离子束辅助沉积 高功率激光薄膜 激光损伤阈值 thin films ion beam assisted deposition high power laser films laser induced damage threshold
1 中国科学院光电技术研究所 四川成都610209
2 中国科学院研究生院 北京100039
薄膜缺陷是影响红外激光薄膜元件抗激光损伤的重要因素之一,长期以来一直是人们关注和研究的问题.本文介绍了红外激光薄膜缺陷的种类、特点及成因,在此基础上,分析了不同厂家镀膜材料与不同镀膜速率对薄膜表面缺陷密度的影响,并且得出了镀制激光薄膜所需的合适材料与速率,最后利用有限元方法对典型的节瘤与陷穴缺陷受激光作用进行了模拟分析,结果表明:节瘤缺陷种子深度小且直径大的缺陷产生的温升与应力较大,陷穴缺陷随直径增大,其产生的温升与应力也较大.
激光薄膜 热蒸发速率 缺陷密度 损伤阈值 Laser thin film Evaporation rate Defect density laser damage threshold
1 中国科学院光电技术研究所,四川,成都,610209
2 中国科学院研究生院,北京,100039
在介绍了薄膜缺陷的特点及成因的基础上,分析了YbF3沉积速率对红外激光薄膜表面缺陷密度的影响,得出了镀制激光薄膜所需的合适速率.结果表明:薄膜表面缺陷主要以节瘤缺陷与陷穴缺陷为主,其缺陷密度随YbF3沉积速率的减小基本表现为减小的趋势,当ZnS沉积速率约为0.2 nm/s,YbF3沉积速率约为0.4 nm/s时,可得到比较满意的激光薄膜,薄膜表面缺陷密度仅为0.000 675.
激光薄膜 沉积速率 缺陷密度 损伤阈值 Laser thin film Deposition rate Defect density Laser damage threshold
