一种提高高反射薄膜激光损伤阈值的方法技术

本发明专利技术提供了一种提高高反射薄膜激光损伤阈值的方法，包括：根据高反射薄膜性能要求按照1/4波长厚度设计出相应膜系，总层数为N层，N＞7；设定薄膜内部电压强度最大值为E

【技术实现步骤摘要】
一种提高高反射薄膜激光损伤阈值的方法


[0001]本专利技术涉及一种提高高反射薄膜激光损伤阈值的方法，属于光学薄膜领域。

技术介绍

[0002]随着高功率高强度激光器的不断发展，光学薄膜的抗激光损伤性能将直接影响激光系统的稳定性和使用寿命。常规电子束蒸发法制备的薄膜多采用高低折射率材料相间的膜系结构，薄膜折射率等物理性质会在膜层界面处产生突变,导致界面区域有较高缺陷及杂质密度。特别对于高反射薄膜，电磁波在薄膜内部建立的驻波场极大值位于膜层界面处，且极大值数值沿电磁波传播方向逐渐减小。考虑到薄膜不同位置吸收的电磁波能量与电场强度和缺陷/杂质密度成正比，常规方法设计制备的高反射薄膜在与激光相互作用时，靠近电磁波入射方向的若干膜层界面处极易受到损伤，从而导致整个激光系统受到影响。研究人员曾尝试减薄若干高折射率膜层厚度同时增加低折射率膜层厚度使驻波场极值位置偏移膜层界面处，但并不能消除高电场强度附近膜层界面处缺陷及杂质的吸收对抗激光损伤性能的影响。

技术实现思路

[0003]针对电磁波在高反射薄膜中电场强度极值沿传播方向逐渐减小的分布特点，本专利技术首次将无界面薄膜和常规多层薄膜有序结合，以提高薄膜的激光损伤阈值。
[0004]一方面，本专利技术提供了一种提高高反射薄膜激光损伤阈值的方法，包括：(1)根据高反射薄膜性能要求按照1/4波长厚度设计出相应膜系，膜系的总层数为N层，其中N>7，设定紧邻电磁波入射方向的膜层为第1层，紧邻电磁波出射方向的膜层为第N层；(2)设定薄膜内部电压强度最大值为E
max
，据软件(如Essential Macleod)计算结果找出第m层，第m层与第m+1层界面处的电场强度E
m
满足:0.2E
max
≤E
m
≤0.6E
max
；(3)当k≤m时(k为正整数)，将第k层划分为等厚的两小层k
a
和k
b
，两小层的厚度均为其中，k
a
靠近基底侧，k
b
远离基底侧；(4)在两个蒸发源位置分别放入相应镀膜材料，本底真空度≤5
×
10
‑3Pa，用离子源对基底表面进行5
‑
10分钟的刻蚀，烘烤温度范围120℃
‑
250℃，氧分压为0～5
×
10
‑2Pa，开始进行蒸镀；(5)当第1层紧邻基底时，先进行第1层至第m层的无界面膜层制备，再按照膜系设计分别以恒定速率依次制备第m+1层至第N层；(6)当第N层紧邻基底时，先按照膜系设计分别以恒定速率依次制备第N层至第(N
‑
m)层。接下来，进行第m层至第1层的无界面膜层制备。
[0005]较佳的，当第1层紧邻基底时，先进行第1层至第m层的无界面膜层制备，包括：当k＝1时，先以恒定速率镀制第1
a
层；当2≤k≤m时，同时蒸镀膜系中的第(k
‑
1)
b
层及第k
a
层，设定第(k
‑
1)
b
层的起始速率为通过控制电子枪功率使其在时间t内线性变化至0，同时调控第k
a
层的速率在相同时间t内由0线性变化为k
a
层的终止速率与k
b
层起始速率相同，令且满足：V
k
·
t＝d
k
；第m
b
层以速率V
m
镀制。
[0006]较佳的，当第N层紧邻基底时，第m层至第1层的无界面膜层制备过程包括：先以恒定速率镀制第m
a
层；当m≥k≥2时，同时蒸镀膜系中的第k
b
层及第(k
‑
1)
a
层，设定第k
b
层的起始速率为通过控制电子枪功率使其在时间t内线性变化至0，同时调控第(k
‑
1)
a
层的速率在相同时间t内由0线性变化为k
a
层的终止速率与k
b
层起始速率相同，令则各参数满足如下关系：V
k
·
t＝d
k
；第1
b
层以速率V1镀制。
[0007]较佳的，镀膜材料的材质包括氧化物、氟化物。
[0008]又，较佳的，所述氧化物为HfO2、SiO2、SiO、Ta2O5、TiO2、MgO、Al2O3、Nb2O5、ZrO2、Y2O3；所述氟化物为MgF2、LiF、LaF3、NaF、ThF4。
[0009]较佳的，所述基底为玻璃、晶体或金属。
[0010]另一方面，本专利技术还提供了一种根据根据上述方法制备的高反射薄膜，在靠近电磁波入射方向一侧用无界面薄膜代替了部分多层薄膜，通过无界面薄膜和多层薄膜的有序组合得到所述高反射薄膜。
[0011]有益效果：1.在设计膜系结构相同的情况下,该方法制备的高反射薄膜在靠近电磁波入射方向一侧用无界面薄膜代替了若干常规多层薄膜，减少了薄膜吸收性杂质和缺陷来源；2.在激光与薄膜相互作用时，高于0.6E
max
的电场强度极大值位于无界面膜层内，降低了激光诱导薄膜损伤的概率；3.本专利技术保持电子束蒸发法优势的同时，所得无界面薄膜和常规多层薄膜的有序组合可显著提高高反薄膜的激光损伤阈值。
附图说明
[0012]图1是实施例1中针对1064nm波长位置利用Essential Macleod软件计算的膜系电场强度分布，光学厚度以1/4波长光学厚度为参照，横坐标零点位置代表薄膜与电磁波入射介质的交界处。电场强度极大值位于薄膜界面处，且极大值沿电磁波传播方向逐渐减小；图2是实施例1中由本专利技术方法制备的薄膜和对比例1中未经本方法制备的常规13层薄膜的激光损伤阈值对比图；图3是实施例1中由本专利技术方法制备的薄膜和对比例1中未经本方法制备的常规13层薄膜的断面结构SEM图片；其中，(a)为对比例1中未经本方法制备的常规13层薄膜，(b)为由本专利技术方法制备的薄膜。
具体实施方式
[0013]以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。
[0014]在本领域中，激光与高反射薄膜相互作用时，电磁波在膜内形成的驻波场极大值
位于缺陷富集的膜层界面处，极易造成薄膜损伤。为解决这一问题，本专利技术首次将常规多层薄膜中靠近电磁波入射方向的若干膜层用无界面薄膜替代，使得部分驻波场极大值所处的膜层界面消失，亦同时减少了杂质和缺陷来源，提高了薄膜激光损伤阈值。
[0015]以下示例性地说明提高高反射薄膜激光损伤阈值的方法。
[0016]根据高反射薄膜性能要求设计出相应膜系，膜系共有N层。令紧邻电磁波入射方向的膜层为第1层，第N层为紧邻电磁波出射方向的膜层。利用膜系设计软件(如Essential Macleod)计算出膜系中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高高反射薄膜激光损伤阈值的方法，其特征在于，包括：(1)根据高反射薄膜性能要求按照1/4波长厚度设计出相应膜系，膜系的总层数为N层，其中N＞7，设定紧邻电磁波入射方向的膜层为第1层，紧邻电磁波出射方向的膜层为第N层；(2)设定薄膜内部电压强度最大值为E
max
，据软件计算结果找出第m层，第m层与第m+1层界面处的电场强度E
m
满足：0.2E
max
≤E
m
≤0.6E
max
；(3)当k≤m时，将第k层划分为等厚的两小层k
a
和k
b
，两小层的厚度均为其中，k
a
靠近基底侧，k
b
远离基底侧；(4)在两个蒸发源位置分别放入相应镀膜材料，本底真空度≤5
×
10
‑3Pa，用离子源对基底表面进行5～10分钟的刻蚀，烘烤温度范围120℃～250℃，氧分压为0～5
×
10
‑2Pa，开始进行蒸镀；(5)当第1层紧邻基底时，先进行第1层至第m层的无界面膜层制备，再按照膜系设计分别以恒定速率依次制备第m+1层至第N层；(6)或者，当第N层紧邻基底时，先按照膜系设计分别以恒定速率依次制备第N层至第(N
‑
m)层。接下来，进行第m层至第1层的无界面膜层制备。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当第1层紧邻基底时，先进行第1层至第m层的无界面膜层制备，包括：当k＝1时，先以恒定速率镀制第1a层；当2≤k≤m时，同时蒸镀膜系中的第(k
‑
1)
b
层及第k
a
层，设定第(k
‑
1)
b
层的起始速率为通过控制电子枪功率使其在时间t内线性变化至0，同时调控第k
a
层的速率在相同时间t内由...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈笑迎，游丽君，赵丽丽，宋力昕，郑刚，王枫，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：