光学薄膜--范正修.
超高阈值Pick-off反射镜的研制
第12卷 第3期强激光与粒子束V o l .12,N o .3 2000年6月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E B EAM S Jun .,2000 文章编号: 1001—4322(2000)03—0285—04超高阈值P ick -off 反射镜的研制Ξ 付雄鹰, 王建永, 丁 俊, 刘民才 范正修 (成都精密光学工程研究中心,成都610041) (中国科学院上海光机所,上海201800) 摘 要: 采用水中抛光技术抛制了90mm ×60mm ×10mm 的K 9玻璃基片,表面粗糙度达1nm 。
在A PS 1504镀膜机上,摸索了电子束蒸发镀膜的最佳工艺条件,较稳定地在该超光滑玻璃表面上镀制了对波长1054nm 、入射角45°、反射率R ≥99.5%的反射膜。
膜层的抗激光损伤阈值可达26J c m 2(1054nm ,1n s ),镀膜后该玻璃基片反射波前可达Κ 10(p 2v ),最终制备了超高阈值p ick 2off 反射镜。
关键词: 激光损伤阈值; 反射波前; p ick 2off 反射镜; 电子束蒸发; 水中抛光 中图分类号: TN 24 文献标识码: A 随着高功率激光器对输出功率的要求越来越高,同时要求器件的小型化,这显然将光学元器件承受的激光能量密度逐渐推向极限。
特别是对激光薄膜的要求更亦如此,如美国LLNL 将建造的N IF 激光器,对装置中部分大口径的反射元件要求抗激光损伤阈值大于18J c m 2(1054nm ,3n s ),对薄膜偏振分光镜要求阈值大于18J c m 2(1054nm ,3n s ),对一些透镜要求阈值大于30J c m 2(1054nm ,3n s )[1]。
我国将建造的“神光 ”激光器,对部分小口径的反射元件要求阈值大于30J c m 2(1054nm ,1n s ),如多程放大器系统中的p ick 2off 反射镜。
Mo／Si软X射线多层膜的界面粗糙度研究
本文 在相 同条 件下制 备 了不 同周期 数 的 Ｍｏ Ｓ 多层膜 ， ／ｉ 由于较 少周期 多层 膜 的新 鲜 表 面近 似 于较 多 周期
多层膜 的内界 面 ， 过原 子力 显微镜 研究 了这 些 多层膜 的表 面粗 糙度 ， 通 近似 地得 到 了多层膜 内界面粗 糙 度的变
化 规律 。
面 ， 过 原 子力 显 微 镜 研究 了 多层 膜 界 面 粗 糙 度 随 膜 层 数 的 变 化 规 律 。并 在 国家 同 步 辐 射 实 验 室 测 量 了 各 多 通
层 膜 的软 ｘ射 线 反 射 率 。研 究 表 明 ： 着 膜 层 数 的增 加 ， 随 Ｍｏ膜 层 和 Ｓ 膜 层 的界 面粗 糙 度 先 减 小 后 增 加 然 后 再 ｉ
ｌ 试
验
’
Ｉ Ｉ射 线 多层 膜 的制 备方 法通 常有 ３种 ： 电子 束蒸 发 、 子束 溅 射 和磁控 溅 射 。磁 控溅 射 法 的溅 射 速率 离
稳定 ， 片不 需要 加 热 ， 基 所镀 膜层 致 密 附着 力 强 ， 宜 镀制 膜 层较 薄 、 适 膜厚 均 匀 的软 Ｘ 射 线 多层 膜 。本 文采 用 对靶 磁控溅 射镀 膜 系统制 备 了不 同周 期数 的 Ｍｏ Ｓ 多层 膜 ， ／ｉ 本底 真空 ３ ０ Ｐ ， 射 气压 ０ ５Ｐ ， 射 气体 ×１ 一 ａ 溅 ． ａ 溅 为 Ａｒ ， 靶 和 Ｓ 靶 的纯 度均 为 ９ ． ９ 。 气 Ｍｏ ｉ ９９ 所制 备的 多层膜 的设计 中心波长 是 １ ． ｍ， 计 入射角 度是 １ 。 ３ ５ｎ 设 ５ 。基底 为 均方根 粗糙 度 ０ ８ｎ 的 Ｋ 玻 ． ｍ 。
Ｍｏ Ｓ 软 Ｘ射 线 多层 膜 的界 面 粗 糙 度研 究 ／ｉ
光学薄膜技术及其应用
光学薄膜技术及其应用张三1409074201摘要：介绍了传统光学薄膜的原理，根据薄膜干涉的基本原理及其特点，介绍了光学薄膜的性能、制备技术，研究了光学薄膜在的应用和今后的发展趋势。
关键词：光学薄膜、薄膜干涉、应用、薄膜制备引言：光学薄膜是指在光学玻璃、光学塑料、光纤、晶体等各种材料的表面上镀制一层或多层薄膜，基于薄膜内光的干涉效应来改变透射光或反射光的强度、偏振状态和相位变化的光学元件，是现代光学仪器和光学器件的重要组成部分。
光学薄膜技术的发展对促进和推动科学技术现代化和仪器微型化起着十分重要的作用，光学薄膜在各个新兴科学技术中都得到了广泛的应用。
本文在简单叙述薄膜干涉的一些相关原理的基础上，介绍了光学薄膜常见的几种制备方法，研究了光学薄膜技术的相关应用，并且展望了光学薄膜研究的广阔前景。
正文：1.光学薄膜的原理光学薄膜的直接理论基础是薄膜光学, 它是建立在光的干涉效应基础上的、论述光在分层介质中传播行为。
一列光波照射到透明薄膜上，从膜的前、后表面或上、下表面分别反射出两列光波，这两列相干光波相遇后叠加产生干涉。
该理论可以比较准确地描述光在数十微米层、纳米层甚至原子层厚的薄膜中的传播行为,由此设计出不同波长、不同性能、适应不同要求的光学薄膜元件。
2.光学薄膜的性质及功能光学薄膜最基本的功能是反射、减反射和光谱调控。
依靠反射功能, 它可以把光束按不同的要求折转到空间各个方位；依靠减反射功能，它可以将光束在元件表面或界面的损耗减少到极致, 完美地实现现代光学仪器和光学系统的设计功能；依靠它的光谱调控功能, 实现光学系统中的色度变换, 获得五彩缤纷的颜色世界。
不仅如此, 光学薄膜又是光学系统中的偏振调控、相位调控以及光电、光热和光声等功能调控元件, 光学薄膜的这些功能, 在激光技术、光电子技术、光通信技术、光显示技术和光存储技术等现代光学技术中得到充分的应用, 促进了相关技术和学科的发展。
3.传统光学薄膜和新型光学薄膜3.1传统光学薄膜传统的光学薄膜是以光的干涉为基础。
1064nm高反膜与减反膜的激光预处理研究
损伤阂值是不依赖丁．辐照的激光脉冲数目的，并且在激光预处理后也没有表现出明显的闽值增强效果。
控∞侣ｍ
Ｈ幢ｍ
８
一．仨３：卜０
６
４
２
Ｏ
图２．预处理前后样品的损伤闽值结采
３．２．损伤形貌分析
图３是在激光预处理前后样品的典型的损伤形貌。
可以看出，所有的损伤行为都是缺陷导致的损伤，但不同类型薄膜的损伤形貌义存在较人的差异。
高反膜是以缺陷为中心发展成的一个平底坑装破斑，并且达到同样的破坏程度，激光预处理后的样品所需能量密度要高丁朱处理样品。
减反射膜的损伤行为是以缺陷为中心发展形成的烧蚀状。
图３．样品的损伤形貌
—．２８９—．。
提高光学薄膜激光损伤阈值的途径
提高光学薄膜激光损伤阈值的途径占美琼【摘要】光学薄膜是激光系统中非常重要而又非常薄弱的元件,其激光损伤问题一直是限制激光系统向高功率、大能量方向发展的"瓶颈"之一.简要介绍了提高光学薄膜的激光损伤阈值的方法,如激光预处理、加镀保护膜层、缓冲层、驻波场、温度场设计、离子后处理等.【期刊名称】《上海第二工业大学学报》【年(卷),期】2010(027)004【总页数】5页(P304-308)【关键词】光学薄膜;激光损伤阈值【作者】占美琼【作者单位】上海第二工业大学理学院,上海,201209【正文语种】中文【中图分类】O4840 引言随着各种高功率激光系统输出功率的不断提高，光学薄膜在激光应用和发展中发挥越来越重要的作用[1-2]。
作为激光系统中的重要组成部分，光学薄膜相对于其它元件具有较低的抗激光损伤阈值，是激光系统中非常重要而又最易损伤的薄弱环节。
它一旦遭到破坏，不但会使光束质量降低，阻碍系统的最优化性能发挥，严重时还会产生连锁反应，导致其他光学元件的损伤，最终导致整个激光系统无法工作。
长期以来，高功率激光对光学薄膜的损伤一直是限制激光向高功率、高能量方向发展的“瓶颈”之一，也是影响高功率激光薄膜使用寿命的主要因素之一[3]。
同时，超强超快激光的发展，对光学薄膜的激光损伤阈值提出了更高的要求。
多年以来，人们开展了很多提高不同波段光学薄膜的激光损伤阈值的研究。
下面对相关研究结果作简要介绍。
1 提高光学薄膜激光损伤阈值的途径1.1 激光预处理以低于薄膜损伤阈值的激光辐照光学薄膜可使其损伤阈值提高，称之为“激光预处理”[4]。
早在80年代，这方面的研究工作就已经开展了，而且研究发现通过基频激光预处理提高薄膜损伤阈值的效果非常明显。
Arenberg 等人研究得出，1064 nm波长上的激光预处理使薄膜损伤阈值提高40 %，但波长到了532 nm，薄膜损伤阈值没有明显影响[5]。
90年代初期美国LLNL实验室也开展了激光预处理的研究。
电子束蒸发氧化锆薄膜的粗糙度和光散射特性
电子束蒸发氧化锆薄膜的粗糙度和光散射特性
"） # "） "） 侯海虹!） 孙喜莲!） 申雁鸣!） 邵建达!） 范正修!） 易 葵!） （中国科学院上海光学精密机械研究所， 上海 !） （中国科学院研究生院， 北京 "） "$!%$$） !$$$&’）
（"$$( 年 ) 月 "$ 日收到； "$$( 年 !" 月 !" 日收到修改稿）
利用电子束蒸发工艺， 以 *+ 层为衬底， 沉积了中心波长为 ,&"-%./ 的氧化锆 （ 012" ） 薄膜， 膜层厚度在 %$— 随着膜层厚度的逐渐增加， 3%$./ 范围内变化 4 研究了不同厚度样品的粗糙度变化规律和表面散射特性 4 结果发现， 其表面均方根 （567） 粗糙度和总积分散射 （897） 均呈现出先减小后增大的趋势 4 利用非相关表面粗糙度的散射模型 对样品的 897 特性进行了理论计算， 所得结果与测量结果相一致 4
［!)—!’］ 和光学外差干涉法等 4 其中 897 法具有仪器结
氧化锆 （ 012" ） 是可见光区的一种高折射率光学 薄膜材料， 具有很好的热稳定性、 化学稳定性和机械 特性， 可被广泛应用于光学和电化学器件等重要领
［!—3］ （或界面） 粗糙 域 4 实际应用中， 012" 薄膜的表面 ［(—)］ 度是影响薄膜材料性能的重要因素 对于 4 例如，
[
.%-
]， 0
.%- 和 2 %- 分别为菲涅耳振幅反射系数和透射系数 .%- . 2 %- . $% 1 $ ， $% / $ ! $% ， $% / $ 5 2%
（"%） （"6）
第二篇 光学薄膜分类及应用
（5-8）
在滤光片串联放置 方式，并联放置即把两个滤光片并排放置在一起，如图 5-2（c）所示。串并联组合滤光片 的有效谱透射率为
a b c d T ( Ta Tb Tc Td ) （5-9） A A A A 式中 A 为滤光片的总透光区面积； a 、 b 、 c 、 d 分别为四个支透射区的面积； Ta 、 Tb 、 Tc 、 Td 分别为四个支透射区的透射率。四个支透射区域的透射率为
T
T 1T 2 1 R1 R 2
（5-4）
且 T1 和 R1 满足关系
T1 R1 1
如果 R1 很小， R1 R2 1 ，利用级数展开式
（5-5）
1 1 x x 2 x 3 x 1 1 x
有近似关系
（5-6）
T [1 R 1 (1 R 2 ) ]T 2
2
由此得到，基底非相干叠加的总透射率为
T
IT T1T2 （5‐3） I 0 1 2 R1 R2
式中 T1 表示 3.3 节中得到的膜系透射率。当已知两界面的反射率 R1 和 R2 ，界面 2 的透射率 和基底介质的吸收率 时，由式（5-3）就可得到光学系统的总透射率。 如果膜层和基底介质无吸收，内透射率 1 ，那么
n n2 G （5‐16） n1 n0
而单层零反射条件为
n1 n0 nG （5‐17） n n n 0 G 2
Ge 玻璃 Si 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8
相对波数 (0 )
图 5‐5 不同基底介质镀单层膜的反射率曲线
(0 )
5
中科院能量转换材料重点实验室揭牌
『１ 炳 琨 ，高 以智 ，陈倜 嵘 ， ． 光 原 理【 ． 京 ： 防 工 业 出 版 社 ， ０ ７ ２周 等 激 Ｍ１北 国 ２０ ． 『１ ３ 张靖 周 ． 高等 传 热 学ｆ ． 京 ： 学 出 版 社 ， ０ ９ Ｍ１北 科 ２０ ． 【］ ｏｐｒ ４ Ｈ ｐ ｅ Ｗ，Ｕ ｈ ａｎＤＲ ａｈ ｎ ｍｏ ｃ ｓ ｎ ａ ａｅｎ ａｅ ａｓ Ａ ｐ ｈ ｓ １７ ４ （ ） ０ ３４ ３ ． Ｒ ｈ ｎｎ ｜Ｍ ｃａ ｉ ｉ ｌ ｉ ｍ ｇ ｓｒ ｌ 忉． ｐ Ｌ ｙ． １ ： ２－ ０ ７ ｓ ｆｎ ｕ ｏ ｄ ｉｌ ｇ ｓ Ｐ ，９ １ ４ ０ ［］ ｏ ｕｏ ， ａ ｅｋ ｖＡ Ａ， ｏｏ ｌ Ｉ ． ｈｏｙｏ ｓｒ ｎ ｕｅ ａ ａｅｔ ｏｔ ａ ｃａ ｎ ： ｅ ｅｄｎ ｅｏ ５ Ｋ ｌ ｎｖＭ Ｆ Ｍ ｎｎ ｏ Ｐ ｋ ｔ Ｌ Ｔ ｅｒ ｆ ａｅ ｉｄ ｃｄｄ ｍ ｇ ｐｉ ｌ ｏ ｔ ｇ ｄ ｐｎ ｅｃ ｆ ｄ ｉ ｏ ｌ ｏ ｃ ｉ
中 国科 大 副校长 朱长 飞表 示 ，中国科 大将 一如 既往 地对 实验 室给 予大 力支 持 ，并 就实 验室 今后
的建设 与发展 、中国科大 和上 海硅 酸盐所 的合作 与交 流等方 面提 出 了希望 。 实 验 室学 术委 员 会 主任 —— 中科 院 物理 研 究所 陈立 泉 院士 和 罗宏 杰 、朱 长 飞共 同为 实 验 室揭
中科院 能量转换材料重 点实验 室揭牌
不同温度制备氟化镱薄膜的工艺研究
不同温度制备氟化镱薄膜的工艺研究秦杨;张荣福【摘要】利用电子束蒸发在硅基底材料上沉积氟化镱(YbF3)薄膜,并对不同沉积温度所得薄膜进行了研究.研究结果表明,在反可见透红外波段上,沉积温度对于YbF3薄膜的物理和光学特性有较大影响.当沉积温度为150℃和180℃时,硅基底上的YbF3薄膜的光学性能和可靠性较差;当沉积温度为220℃和240℃时,硅基底上的YbF3薄膜具有良好的光学性能和可靠性,能适用于不同要求的薄膜产品研制.【期刊名称】《光学仪器》【年(卷),期】2018(040)003【总页数】5页(P90-94)【关键词】氟化镱薄膜;电子束蒸发;反可见透红外波段;硅基底;沉积温度【作者】秦杨;张荣福【作者单位】上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093;上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TM205.1;O484.4Abstract： In the material deposited on the silicon substrate and thin film,ytterbium fluoride was studied on different deposition temperature in the films by electron beam evaporation and silicon as substrate.The resultsshow that in the opposite visible through infrared,YbF3 film deposition temperature has great impact on the physical and optical properties.At150 ℃ and 180 ℃,optical properties and reliability of YbF3 films on silicon substrate are not good.When the temperature is 220 ℃ and 240 ℃,YbF3 thin films have good optical and reliability performance,which are suitable to the different requirements for the development of film products. Keywords： YbF3 films; electron beam evaporation; in the opposite visible through infrared; silicon substrate; deposition temperature引言反可见光透红外宽光谱分色片在仪器的分光系统中有着广泛的应用。
光学薄膜中节瘤缺陷研究进展
缺 陷 中破坏 性最 强 的缺 陷类 型 。因此 ， 纳秒 脉 冲范 围 ， 瘤 缺 陷 已成 为 １０ ４ ｎ 高反 膜抗 激 光 损 伤 能力 提 在 节 ６ ｍ
高 的一 个重 要 因素Ⅲ ］ 自 ２ 】。 ０世纪 ７ Ｏ年代 在薄 膜 中发现 节瘤 缺 陷 以来 ， 人们 对 其生 长机 理和 结构 特征 产 生浓 厚 的兴 趣 。后来 随着 惯 性 约 束 聚 变 （Ｃ ） 程 ， 美 国 的 国家 点 火 装 置 ＮＩ ＩＦ 工 如 Ｆ和 法 国 的 巨 型 激 光 装 置 Ｍｅ ａ ｇ— Ｊ ｕｅ ｏ ｌ 等超 大 规模 的强 激光 系统 的发 展 和升级 ， 求 薄膜抗 激 光 损伤 能 力 越来 越 高 ， 得 如何 减 少 和 消 除节 瘤 要 使 缺 陷及其 对 薄膜 抗激 光损 伤能 力 的影 响成 为一个 重 要 研究 课 题 。早 在 ２ ０世 纪 ９ Ｏ年 代 ， 国利 弗 莫 尔 国家 实 美
易 损 伤 的另 一 个 重 要 原 因 。 节 瘤 缺 陷 的 激 光 预 处 理 和 破 坏 坑 的 修 复 技 术 可 以 提 高 光 学 薄 膜 的抗 激 光 损 伤 能
力。
关 键 词 ： 节 瘤 缺 陷 ； 节 瘤 喷 射 ； 激 光 破 坏 ； 激 光 损 伤 阈值 ； 破 坑 修 复
验 室 的 Ｍ． Ｋｏｌｗｓ ｉ Ｃ Ｊ Ｓ ｏｚ 组 、 国的原 子 能委 员会 的 Ｍ． ｏ ｌ ｇ ｅ和 Ｊ Ｄｉ ｎ小 组 就先 后 开 始 Ｒ． ｚｏ ｋ 和 ．． ｔｌ 小 法 Ｐ ｕｉ ｕ ｎ ． ｊ ｏ
了对 １０ ４ｎ 高反膜 中节 瘤 缺 陷的研 究 。 国内对节 瘤 缺陷 的研究 是从 几 年 才开始 ， ６ ｍ 主要有 中国科学 院上 海
瘤的球冠 形 貌 ， 图 １ ａ 所示 ｌ ； 个节 瘤 群 生情 况 下 的 表 面形 貌 ， 图１ ｂ 所 示 ； 子 团聚 情 况下 的节 瘤 表 如 （） ６ 多 如 （） 种
重思想、求实践、促交流——中科院上海光机所光学设计周专题报道
——中科院上海光机所光学设计周专题报道采写编辑：王伟之＾２００４年著名光学专家王之江院士提议在中科院上海光机所举办光学设计高级讲＞－ｊ班以来，光学口设计的氛围慢慢地在这里凝聚着。
每年１０月都会有一批来自全国各地的光学设计人员相聚到这里倾听大师的指点和资深专家的经验之谈，与同行交流。
他们有的来自公司，有的来自高校研究所，既有实践经验丰富的工程师也有刚刚从业的年轻学生。
２００８年１０月，讲习班如期开班，同时为了更好地促进大家学以致用的能力，讲习班组织方还与美国知名光学设计软件开发商ＯｐｔｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈＡｓｓｏｃｉａｔｅｓ公司共同举办了第一届”Ｃｏｄｅ—Ｖ“杯光学设计大赛，为大家提供了一次非常难得的练习机会。
除了系统的课程培训，今年还特邀了国内数名资深光学设计专家研讨光学设计不同方面的热点难点问题。
在这一周里，光学设计是大家谈论的主题，以讲习班为基础，总结竞赛活动，再举办高层论坛，光学设计的思想在这里碰撞着。
与社会上各种各样、不同目的价格不菲的培训班相比，这里的学术氛围、专业优势是无可比拟的，严谨、朴实的老师，勤奋的学员，热情的会务人员组成了一个和谐的整体。
光学设计讲习班——传承推新竹五届光学设计高级讲＞－－－ｊ班于２００８年１０月１９－２５日如期举行，ｒＸｊ容分为光学系统设计、光机系乡佃统设计、光学加工与检测技术、光学薄膜四个方向，分别由上海光机所的王之江院士及朱健强研究员、徐文东研究员、范正修研究员、黄惠杰研究员、齐红基副研究员主讲。
在教学内容上，本届讲习班重视基础理论、设计思想的传授，深入的设计实例分析和经验探讨让大家受益匪浅，专门的讨论课方便了大家交流经验和设计中的疑难问题。
连续五年的讲习班一定程度上促进了我国光学设计产业人才的培养，在社会上产生了良好的影响。
讲习班得到了上级主管部门中科院人教局的认可和支持，并专门在上海光机所召开现场经验交流会。
从今年开始，讲习班中经培训成绩合格的学员将获得中国科学院授权颁发的结业证书，目前，该讲习班的教学水王之江院士给学员上课ｖＯＬ．４５Ｎ０．”万方数据Ｆ谢ｕ爨￡墨瞄罐盈盗叠平、授课经骏、以及教学设备、学习教材都在不瑟饶诧并銎趋藏熬，荬良好的教学管瑾模式辋合理的课程编排使整个培训避程紧凑、充察，加之配备了阁内顶级光学犬师的师资力量，融入了更多先进的设计理念，开阔了学员的思维，攫离了大家分析闻题粒熬决阚题的怒力。
光学薄膜的研究新进展及应用
研究 的深入 ， 人们发现类金刚石膜具 有很大 的研究价值和广
泛 的应用前景 ， 引起学术界极大兴趣 。美 国已经将类金 刚石
薄膜材料作 为国家 ２ １世纪的战略材 料之 一 。
２ ２ 软 ｘ射线 多层膜 ． ． 意大 利 、 国、 国 、 国和俄罗斯等 国对软 ｘ射线 多层 英 法 美 膜开展了广泛研 究 ， Ｘ射 线 的光谱 区为 １～３ ｍ， 报 软 ０ｎ 据 道 ， 同波长 的各种 软 Ｘ射 线多层 膜都取得 了可喜 的成 绩。 不 采用离子柬溅射和磁控溅射等镀 膜技 术制备 的软 Ｘ射 线多
拓宽 了光学薄膜 可以利用 的材料范 围， 而且极 大地改进 了光 学薄膜 的性能和 功能 。光 学 薄膜 可以采 用物理 气相 学 沉积
（ Ｖ 、 学 气 相 沉 积 （ Ｖ 和 化 学 液 相 沉 积 （ Ｌ ３种 技 Ｐ Ｄ） 化 Ｃ Ｄ） Ｃ Ｄ）
离子镀兼 有热蒸发 的高成 膜速 率和溅 射高 能离 子轰击
性， 设计 出了低温条件下符合光谱要求的带通滤光片 。
在航 空航 天等军 用领域 中 ， 存在强光和 电磁 干扰等环境
影响因素 ， 了使显示器能够在这种恶劣环境 下稳定可靠工 为
作， 需要 对显 示 器 进行 Ａ ／ Ｍ （ 反射／ ＲＥ Ｉ减 电磁 屏 蔽 ） 固。 加 对 ＩＯ （ Ｔ 氧化铟锡 ） 电磁 屏蔽 层与 Ａ 减 反 ） 系进行 综合 Ｒ（ 膜
膜具有很大的研究 价值 和广 泛的应用 前景 ， 引起 科研人员 的 极大兴趣 。 ２ ４ 高功率激光膜 ．
化学气相沉积（ Ｖ 一般需要较 高的沉 积温度 ， Ｃ Ｄ） 而且在 薄膜制备前需要特定 的先驱 反应 物 ， 过原 子 、 子 间化学 通 分 反应的途径来生成 固态薄膜的技术 ，ＶＤ技术 制备 薄膜 的沉 Ｃ 积速率一般较高 。但在薄膜制备过程 中也会 产生可燃 、 有毒 等一些副产物 。
基底对光学薄膜弱吸收测量的影响
术， 具有灵敏度高、 调节方便等优点。 ! ! 要得到较为准确的测量结果， 定标的准确性起着决定性作用。通常光热技术的定标是先用分光光度法等 确定一个大吸收样品的吸收率， 再将其作为光热测量中的比对标准片。本文讨论了表面热透镜技术用于测量 薄膜弱吸收时， 基底对定标测量的影响。
$**M?*B?"+ ； ! ! 修订日期： $**M?"*?A* ! 收稿日期： 作者简介： 李! 霞 （ "#C* —） ， 女， 硕士， 主要从事光热测量技术用于薄膜吸收测量和薄膜激光损伤的光热研究；’HVWX+#Y "MA( O&E。
)5H
强
激
光
与
粒
子
束
第 ’J 卷
式中： ! 为薄膜的吸收率； " 为薄膜厚度； #! 为泵浦光中心光强； ! " 为热波在基底的纵向热扩散长度； " #$ 和 " #" 分别为薄膜和基底的线性膨胀系数； $ % 为热包半径； % " 分别为薄膜和基底的密度和质量热容。 #$ ， #" 和 %$ ， & & 当泵浦激光的调制频率很低时， 热波在基底的纵向热扩散长度远大于薄膜厚度， 此时 （’ ） 式可简化为 &! ’ !#! " #" ( ($) % #" %" （)）
表 !" 常用玻璃基底的体材料热物性参数 #$%&’ !" #(’)*+&+,- .$)$*’/’)0 +1 2+**+3 ,&$00405%0/)$/’ %5&6
HfO_2单层膜的吸收和激光损伤阈值测试
ｎ 的 Ｈｅ Ｎｅ光 ， 达 样 品 表 面 的 光 斑 直 ｍ — 到
径 约为 ３ ０ ｍ， 浦光 和探测 光都 由透 镜 ８ 泵
聚 焦 至 样 品 表 面 。 实 验 时 ， 每 个 样 品 表 在
面的不 同部位 测量 ２ ０点 ， 平均 值作 为样 取 品 的 弱 吸 收 值 ， 标 准 偏 差 为
Ｈｆ ２ 层 膜 的 吸 收 和 激 光 损 伤 阈 值 测 试 Ｏ 单
李淑红 ， 贺洪波 ， 刘晓凤 ， 单永光 ， 周 明 ， 李大伟 ， 赵元安 ， 范正修 。
（ ．中 国科 学 院 上 海 光学 精 密 机 械研 究所 ，上 海 ２ １ ０ ； ２ １ ０ ８ ０ ．中国 科 学 院 研 究 生 院 ，北 京 １ ０ ３ ） ０ ０ ９
第 ２ 卷 第 ｌ 期 ２ １
２１ ０ ０年 １ 月 １
强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ Ｉ Ｈ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡ ＳＥＲ ＡＮ Ｄ ＰＡ ＲＴ Ｉ Ｇ ＣＬＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖｏ ． ２，Ｎｏ １ １２ ．１
Ｎ Ｏ ．，２ Ｏ Ｖ ０１
文 章 编 号 ： １ ０ — ３ ２ ２ １ ） １２ ９ — ３ ０ １４ ２ （ ０ ０ １ — ５ ６０
中图 分 类 号 ： ０ ８ ． ４４４ 文 献标 志 码 ： Ａ ｄ ｉ１ ． ７ ８ ＨＰ Ｐ ２ １ ２ ｌ ． ５ ６ ｏ ：０ ３ ８ ／ Ｌ Ｂ ０ ０ ２ １ ２ ９
在强 激光 系统 中 ， 学薄膜 的 吸收不仅 引起薄 膜 元件 的 热 畸变 ， 且会 导致 薄 膜抗 激 光 损伤 能力 的明显 光 而
摘
要 ： 薄 膜 吸 收 是 降 低 膜 层 激 光 损伤 阈值 的重 要 原 因 ， 了研 究 薄 膜 吸 收 对 激 光 损 伤 阈 值 的影 响 ， 为 对
激光预处理对BaF_2薄膜损伤性能的影响
激光预处理对BaF_2薄膜损伤性能的影响
邹逢;徐均琪;苏俊宏;马健波
【期刊名称】《表面技术》
【年(卷),期】2012(41)5
【摘要】为了提高光学薄膜元件抗激光损伤的能力,除了寻找先进的镀膜方法及工艺外,还可采取后期处理,因为后期处理对激光损伤阈值(LIDT)也有重要影响。
采用输出波长为1064nm的调Q Nd:YAG激光器,对膜厚为λ/2(λ=1064nm)的单层BaF2薄膜进行激光预处理,研究了其激光损伤特性。
在光斑大小一定的条件下,改变能量密度和脉冲次数,分别研究了它们对薄膜阈值的影响,得出最佳处理参数:能量密度为9.9J/cm2,脉冲次数为3次。
处理后的BaF2薄膜,激光损伤阈值从未处理的16.5J/cm2提高到了29.9J/cm2。
【总页数】4页(P4-6)
【关键词】激光预处理;薄膜;BaF2;激光损伤阈值
【作者】邹逢;徐均琪;苏俊宏;马健波
【作者单位】西安工业大学光电学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG156.99;O484
【相关文献】
1.近红外激光薄膜的损伤特性与抗损伤性能提升研究 [J], 焦宏飞;张学敏;程鑫彬;张锦龙;马彬;王占山
2.CO2连续激光预处理基板对光学薄膜损伤阈值的影响 [J], 吴周令;高扬
3.退火对EBE,IBS和ALD沉积HfO2薄膜的抗激光损伤性能影响 [J], 刘浩;马平;蒲云体;赵祖珍
4.BaF_2晶体抗辐照损伤性能研究 [J], 龚晓辉;刘景和;于长江
5.CO_2连续激光预处理基板对光学薄膜损伤阈值的影响 [J], 吴周令;高扬;范正修;王之江
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理想光学薄膜
光学薄膜
改变光束切向方向－薄膜波导 改变光束法向方向－光学薄膜
355nm
1064nm
薄膜波导
增透薄膜
高反射薄膜
11
理想光学薄膜
薄膜光性计算方法
等效界面法 矩阵法
等效界面法
12
矩阵法
界面的透射及反射系数： n0 n1 2n0 r0 t n0 n1 0 n0 n1
பைடு நூலகம்
第一个界面处的电场关系：
1 1 r0 E1 E 0 ＝ t 0 r0 1 E1 E0
薄膜内部的电场关系：
E1ei1 E1ei1 E2 E2
nE e
i1 1 1
n1E1ei1 n2 E2 n2 E2
应用领域
光学薄膜 电学薄膜 半导体薄膜 磁性薄膜 生物薄膜
4
薄膜光学形成发展历史
17世纪中期，“牛顿环”现象的发现（Robert Boyle and Robert Hooke） 1801 Thomas Yong引入光波干涉原理 1816 Fresnel 发现了光波偏振特性,结合Yong干涉理 论及Huygens的子波传播理论形成了光波衍射理论 1817 Fraunhofer制成了第一块减反薄膜 1873 Maxwell提出了Maxwell方程（A Treatise on Electricity and Magnetism）
5
1886 Rayleigh 证实了Fresnel反射定律 1899 Fabry-Perot 干涉仪 1932 Rouard发现金属薄膜可以增加外部反射、降低内部 反射 1934 Bauer用卤化物制备了减反薄膜 1934 Pfund用ZnS为Michelson干涉仪制备分束镜
m g T g1 1 t g t e 1 4 L m1 m! m
薄膜内部电场方向符号表示
13
矩阵法
依次类推：
E E
0 0
i i e 1 ii = m i 0 re i t i m i 0
i i a b re E Em1 i m 1 i i c d e 0 0
*
T
0 Re( m 1 ) ( 0 B C )( 0 B C )*
0 Re( BC * m ) A ( 0 B C )( 0 B C )*
18
光学薄膜的散射
光学薄膜的表面散射
光学薄膜的体散射
19
光学薄膜的表面散射
表面统计参量
均方根粗糙度（RMS） 相关长度 高度分布函数 自协方差函数（ACF）
表面散射处理方法
标量理论－散射总损耗问题 矢量理论－研究散射的角分布
4 s ~ R0
2
dp Fg(k k 0 ) p0 d
20
光学薄膜的表面散射
散射引起界面反射及透射系数变化
m T g g rg r e 1 4 L m1 m! m
n
ˆ n ik n
折射角由实数变为复数： cosˆ j COR j iCOI j
等效导纳由实数变为复数；
反射系数和透射系数 …..
膜层厚度引起的位相差…..
16
光学薄膜吸收
反射系数
透射系数
r (n0 n1 ) i(k0 k1 ) i (n0 n1 ) i(k0 k1 )
7
主要内容
薄膜概况
光学薄膜一般性质
光学薄膜在一些光学系统中的应用
激光对光学薄膜的破坏
8
光学薄膜一般性质
理想光学薄膜
光学薄膜吸收及散射 折射率不均匀性和折射率渐变薄膜 薄膜的各向异性和双折射薄膜 薄膜的偏振和消偏振特性
9
薄膜的相位及位相薄膜
等效折射率、等效导纳和等效界面 薄膜的色散及色散补偿 薄膜的应力及应力控制
1939 Geffcken制备了金属－介质干涉滤光片
6
光学薄膜概况
薄膜特点
干涉原理，相干相长与相干相消
重要性
“有光就有膜” 涉及生活方方面面，如眼镜，装饰膜等，投影系统， 光学系统，大型激光装臵等
面临问题
涉及到薄膜制备的各个方面，如可用材料少，材料特 性可控程度不高，仍不能任意设计光性曲线，可用沉 积技术少，沉积过程控制水平不高等；
可以得到： 设： 则
Em 1 1 t a E0
c c1 ic2
,
a a1 ia2
a1c1 a2 c2 ia1c2 a2 c1 r
2 a12 a2
a1c2 a2 c1 tg r
a1c1 a2 c2
1 T 2 2 a1 a 2
14
a1c1 a2c2 2 a1c2 a2c1 2 2 R r 2 2 2 a1 a2
光学薄膜吸收
材料吸收
共振吸收 单光子吸收 自由电子吸收 杂质吸收 色心吸收 声子吸收 多光子吸收
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光学薄膜吸收
折射率由实数变为复数：
2(n0 ik0 ) t i (n0 n1 ) i(k0 k1 )
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势透过率与薄膜吸收损耗
势透过率
反射率 透射率 吸收率
T T 1 R TA
B C 0B C R 0 B C B C 0 0
光学薄膜及其应用
范正修
2006年10月26日
1
主要内容
薄膜概况
光学薄膜一般性质
光学薄膜在一些光学系统中的应用
光学薄膜的激光损伤
2
主要内容
光学薄膜概况
光学薄膜一般性质
光学薄膜在一些光学系统中的应用
激光对光学薄膜的破坏
3
薄膜概况
研究领域
薄膜物理 薄膜化学 薄膜材料 薄膜力学