[發明專利]一種提高355nm高反膜損傷閾值的鍍制方法

無效

• 申請號: 201310102948.3
• 申請日: 2013-03-28
• 公開（公告）號: CN103215551A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 鮑剛華;程鑫彬;馬宏平;焦宏飛;王占山
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C23C14/30
• 分類號: C23C14/30;C23C14/08
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明屬于光學薄膜技術領域，具體涉及一種提高355nm納秒激光用高反射薄膜激光損傷閾值的鍍制方法。

背景技術

在高功率激光系統領域，355nm高反膜是強激光系統中關鍵元件之一，其損傷閾值及損傷特性是限制強激光系統性能進一步改善的重要瓶頸，也是直接影響激光系統穩定性和使用壽命的重要因素之一。大量針對355nm激光高反膜損傷機制的理論和實驗研究表明，決定其損傷閾值高低的根本因素是鍍膜材料本身能帶隙的大小。HfO₂和SiO₂是目前激光系統中355nm高反膜制備時最常用的高低折射率材料。實際應用中損傷主要發生在最外面的幾層薄膜。特別是HfO₂層內，這是因為最外面幾層薄膜內的電場分布最大，且HfO₂比SiO₂的能帶隙小所致；其次是高低折射率膜層的界面，這是因為能夠引起薄膜損傷的納米吸收中心主要分布在界面。當前常用的解決方法是優化最外面幾層的電場分布，使HfO₂膜層內部和膜層界面處的電場分布盡可能小。但受HfO₂能帶隙大小所限，改變電場分布對薄膜閾值的改善有限。Al₂O₃也是一種常用的激光薄膜材料，雖然能帶隙大于HfO₂，但折射率較低，且具有較大的張應力，和SiO₂搭配不易獲得良好的光譜特性。綜上所述，對于常用的HfO₂/SiO₂355nm高反膜而言，受限于鍍膜材料本身的能帶隙，傳統的閾值改善手段效果有限，無法大幅度地提高激光損傷閾值。

發明內容

本發明在保持電子束蒸發的優勢的同時，從限制355nm高反射薄膜閾值提升的最關鍵因素-高折射率材料的能帶隙入手，提供了一種提高355nm高反射薄膜激光損傷閾值的鍍制方法，該方法可以極大幅度提高薄膜的激光損傷閾值，而且具有針對性強、品質和效率高、簡單易行的特點。

本發明的技術解決方案如下：

一種提高355nm高反射薄膜激光損傷閾值的鍍制方法，具體步驟如下：

(1)將基板清洗干凈，然后利用高純氮氣吹干后放入鍍膜機；

(2)控制鍍膜機內真空室本底真空度為1×10^-3Pa～3×10^-3Pa，將基板加熱至180-200度，并恒溫70-90分鐘；

(3)采用電子束交替蒸發13-17個周期的規整1/4波長光學厚度的HfO₂和SiO₂；

(4)采用電子束依次蒸發0.8Al₂O₃，1.2SiO₂，0.8Al₂O₃，1.2SiO₂，0.8Al₂O₃和2SiO₂，其中0.8、1.2和2代表規整1/4波長光學厚度的倍數；

(5)待真空室內溫度自然冷卻至室溫后取出鍍制好的樣品。

本發明中，所述基板可以是光學玻璃，也可以是晶體。

利用本發明得到的樣品為高反射薄膜，其膜系結構為：S|（HL）^N?(0.8M1.2L)^3?0.8L|?AIR，其中S代表基板，H代表1/4波長厚度的HfO₂，L代表1/4波長厚度的SiO₂，M代表1/4波長厚度的Al₂O₃，參考波長為355nm，N代表膜層交期的周期數，取值為13-17，AIR代表空氣。