一种提高355nm高反膜损伤阈值的镀制方法技术

本发明专利技术涉及一种提高355nm高反膜激光损伤阈值的制备方法，该方法属于薄膜光学领域，主要针对355nm激光高反膜中限制阈值的最根本因素——镀膜材料的能带隙，能带隙越大，阈值就越高。常规的355nm高反膜由规整1/4波长厚度的HfO2和SiO2交替组成，受限于材料的能带隙，阈值无法进一步明显提升。而能带隙较高的Al2O3，则因为折射率较低,且张应力较大，和SiO2搭配，不易获得良好的光谱特性。本发明专利技术将HfO2/SiO2膜堆良好的光谱特性和Al2O3/SiO2膜堆良好的抗激光损伤特性结合起来，在常规HfO2/SiO2高反膜的最外层加镀非规整1/4波长厚度的Al2O3/SiO2膜堆，从而大幅度提高了355nm高反膜的激光损伤阈值。本发明专利技术具有针对性强、品质高、简单易行的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学薄膜
，具体涉及一种提高355nm纳秒激光用高反射薄膜激光损伤阈值的镀制方法。
技术介绍
在高功率激光系统领域，355nm高反膜是强激光系统中关键元件之一，其损伤阈值及损伤特性是限制强激光系统性能进一步改善的重要瓶颈，也是直接影响激光系统稳定性和使用寿命的重要因素之一。大量针对355nm激光高反膜损伤机制的理论和实验研究表明，决定其损伤阈值高低的根本因素是镀膜材料本身能带隙的大小。HfO2和SiO2是目前激光系统中355nm高反膜制备时最常用的高低折射率材料。实际应用中损伤主要发生在最外面的几层薄膜。特别是HfO2层内，这是因为最外面几层薄膜内的电场分布最大，且HfO2比SiO2的能带隙小所致；其次是高低折射率膜层的界面，这是因为能够引起薄膜损伤的纳米吸收中心主要分布在界面。当前常用的解决方法是优化最外面几层的电场分布，使HfO2膜层内部和膜层界面处的电场分布尽可能小。但受HfO2能带隙大小所限，改变电场分布对薄膜阈值的改善有限。Al2O3也是一种常用的激光薄膜材料，虽然能带隙大于HfO2，但折射率较低，且具有较大的张应力，和SiO2搭配不易获得良好的光谱特性。综上所述，对于常用的Hf02/Si023 5 5nm高反膜而言，受限于镀膜材料本身的能带隙，传统的阈值改善手段效果有限，无法大幅度地提高激光损伤阈值。
技术实现思路
本专利技术在保持电子束蒸发的优势的同时，从限制355nm高反射薄膜阈值提升的最关键因素_闻折射率材料的能带隙入手，提供了一种提闻355nm闻反射薄I旲激光损伤阈值的镀制方法，该方法可以极大幅度提高薄膜的激光损伤阈值，而且具有针对性强、品质和效率高、简单易行的特点。本专利技术的技术解决方案如下: 一种提高355nm高反射薄膜激光损伤阈值的镀制方法，具体步骤如下: (1)将基板清洗干净，然后利用高纯氮气吹干后放入镀膜机； (2)控制镀膜机内真空室本底真空度为IX10_3Pa 3X 10_3Pa，将基板加热至180-200度，并恒温70-90分钟；(3)采用电子束交替蒸发13-17个周期的规整1/4波长光学厚度的HfO2和SiO2；(4)采用电子束依次蒸发0.8A1203，1.2Si02，0.8A1203，1.2Si02，0.8A1203 和 2Si02，其中0.8、1.2和2代表规整1/4波长光学厚度的倍数； (5)待真空室内温度自然冷却至室温后取出镀制好的样品。本专利技术中，所述基板可以是光学玻璃，也可以是晶体。利用本专利技术得到的样品为高反射薄膜，其膜系结构为:S| (HL) 'N (0.8M1.2L)~3 0.8LI AIR，其中S代表基板，H代表1/4波长厚度的HfO2, L代表1/4波长厚度的SiO2,M代表1/4波长厚度的Al2O3，参考波长为355nm，N代表膜层交期的周期数，取值为13-17，AIR代表空气。本专利技术的核心是在高反膜最容易发生损伤的膜层，用非规整1/4波长厚度的Al2O3材料代替传统规整1/4波长厚度的HfO2材料。其原理是:限制高反膜阈值的最根本因素是镀膜材料本身的能带隙。对于高反射薄膜而言，最外面几层的电场分布最强，因此损伤主要发生在最外面几层。Al2O3材料的能带隙为8.8eV,远大于HfO2材料的4.2eV，在高反膜的最外面几层用Al2O3材料代替HfO2材料，对光谱反射率特性的影响很小，但却可以从根本上提升薄膜的阈值。对于规整1/4波长厚度高反膜而言，电场强度的峰值处于两层膜的界面处，而界面处又是薄膜结构特性最差的地方，因此这里是损伤最易发生的地方，而在本专利技术中，最外层为非规整膜系，电场强度的极大值分布在膜层内部，而非界面。综上所述，通过改变最外层的膜系结构，用非规整1/4波长厚度的Al2O3材料代替传统规整1/4波长厚度的HfO2材料，从根本上改善了 355nm纳秒激光高反射薄膜的损伤特性，阈值得到显著地提高。本专利技术的技术效果如下: 1.可有效降低高反射薄膜的本征吸收。对比传统高反射薄膜，改善后的高反薄膜的弱吸收测量有明显降低； 2.可有效提高高反射薄膜的损伤阈值。对比传统高反射薄膜，改善后的高反薄膜的阈值有大幅度提闻。3.本专利技术方法经济易行。Al2O3材料是最常见的镀膜材料，比HfO2材料便宜。Al2O3材料的蒸镀工艺成熟稳定，易于操作。4.本专利技术方法针对性强、品质和效率高。此方法直接针对限制高反射膜最根本的因素，极大改善了薄膜的损伤特性。具体实施例方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1: 以JGSl石英玻璃作为基板，首先将其放入清洗液中超声清洗15分钟，取出后用高纯氮气吹干，然后放入镀膜设备中的工件架上；基板温度为200度，恒温80分钟；当本底真空为2X10_3Pa时，用电子束交替蒸发14个周期的规整1/4波长厚度的HfO2和SiO2 ;再用电子束依次蒸发 0.8A1203, 1.2Si02,0.8A1203，1.2Si02,0.8A1203，2Si02，其中 0.8、1.2 和 2 代表规整1/4波长厚度的倍数。镀膜中使用的膜料为高纯度的HfO2颗粒，SiO2石英环，以及高纯度的Al2O3颗粒。蒸镀完成后，样品在真空室内自然冷却至室温，然后开门取出样品。与传统方法镀制的高反射薄膜进行对比研究发现，本专利技术镀制的薄膜将弱吸收由300ppm降到了 160ppm ;激光损伤阈值则由7J/cm2 (5ns)提高到了 18J/cm2 (5ns)。实施例2: 以JGSl石英玻璃作为基板，首先将其放入清洗液中超声清洗15分钟，取出后用高纯氮气吹干，然后放入镀膜设备中的工件架上；基板温度为200度，恒温80分钟；当本底真空为2X10_3Pa时，用电子束交替蒸发14个周期的规整1/4波长厚度的Hf和SiO2 ;再用电子束依次蒸发 0.8A1203, 1.2Si02,0.8A1203，1.2Si02,0.8A1203，2Si02，其中 0.8、1.2 和 2 代表规整1/4波长厚度的倍数。镀膜中使用的膜料为高纯度的金属Hf，SiO2石英环，以及高纯度的Al2O3颗粒。蒸镀完成后，样品在真空室内自然冷却至室温，然后开门取出样品。与传统方法镀制的高反射薄膜进行对比研究发现，本专利技术镀制的薄膜将弱吸收由240ppm 降到了 135 ppm ;激光损伤阈值则由 12J/cm2 (5ns)提高到了 20J/cm2 (5ns)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高355nm激光高反膜损伤阈值的镀制方法，其特征在于具体步骤如下：(1)将基板清洗干净，然后利用高纯氮气吹干后放入镀膜机；(2)控制镀膜机内真空室本底真空度为1×10?3Pa～3×10?3Pa，将基板加热至180?200度，并恒温70?90分钟；(3)采用电子束交替蒸发13?17个周期的规整1/4波长光学厚度的HfO2和SiO2；(4)采用电子束依次蒸发0.8Al2O3，1.2SiO2，0.8Al2O3，1.2SiO2，0.8Al2O3和2SiO2，其中0.8、1.2和2代表规整1/4波长光学厚度的倍数；(5)待真空室内温度自然冷却至室温后取出镀制好的样品。

【技术特征摘要】
1.一种提高355nm激光高反膜损伤阈值的镀制方法，其特征在于具体步骤如下: (1)将基板清洗干净，然后利用高纯氮气吹干后放入镀膜机； (2)控制镀膜机内真空室本底真空度为IX10_3Pa 3X 10_3Pa，将基板加热至180-200度，并恒温70-90分钟； (3)采用电子束交替蒸发13-17个周期的规整1/4波长光学厚度的HfO2和SiO2；(4)采用电子束依次蒸发0.8A1203，1.2Si02，0.8A1203，1.2Si02，0.8A1203 和 2Si02，其中0.8、1.2和2代...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍刚华，程鑫彬，马宏平，焦宏飞，王占山，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：