1064nm激光高反膜制备及损伤特性研究

摘要

反射镜是激光系统中必不可少的光学元件，它的抗激光损伤能力严重影响着激光系统的使用寿命，制约着激光器向高能量、大功率方向发展。为了使激光系统实现稳定的高能量输出，必须对激光高反膜的损伤机理进行深入研究，明确其激光损伤机制，设计并制备出性能优良的抗强激光高反膜。本文以金属-介质高反膜为研究对象，它具有结构简单、反射区域宽、反射率高、机械性能稳定、易于制备等优点。
　　论文通过对薄膜激光损伤理论的分析，设计并采用热蒸发方法在K9玻璃基底上分别沉积了金属银(Ag)和铝(Al)膜，并在金属膜层上加介质保护膜。通过改变沉积过程中基片的温度，研究沉积温度对样片的光学性能和激光损伤性能的影响。基于1-on-1的损伤测试方法、散射光强和图像法损伤判定标准，采用脉宽为10ns的1064nm调QNd∶YAG脉冲激光器，对金属介质膜的损伤阈值和损伤形貌进行了测试，为后续激光预处理提高高反膜的损伤阈值奠定了基础。实验结果表明，金属银-介质膜的抗激光损伤特性优于金属铝-介质膜。在最优的工艺参数下制备的金属银表面沉积9层介质保护膜时，它在1064nm处的反射率峰值为99.57％，激光损伤阈值为6.91J/cm2。对金属-介质膜进行激光预处理后，其激光损伤阈值比未处理时提高了56％，薄膜的抗激光损伤能力得到了明显的改善。
　　研究结果表明:基于薄膜的激光损伤理论设计激光高反膜的膜系，选择优良的抗激光损伤薄膜材料，在合适的沉积温度下，制备得到的激光金属-介质高反膜，其抗激光损伤特性有一定的改善，对激光高反膜进行激光预处理后可大幅度提高薄膜的激光损伤阈值。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 激光高反膜的研究现状

1．2．1 激光高反膜概述

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 国外研究现状

1．3 本文的主要研究内容

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究技术路线

1．4 本章小结

2 光学薄膜的激光损伤理论

2．1 光学薄膜的性质与损伤的关系

2．1．1 光学薄膜的性质

2．1．2 光学薄膜对激光的吸收和散射

2．1．3 光学薄膜的驻波场和温度场

2．2 光学薄膜的制备工艺与对激光损伤的影响

2．3 光学薄膜损伤机理与损伤判定

2．3．1 光学薄膜的损伤机理

2．3．2 高反膜的激光损伤判定

2．4 光学薄膜损伤阈值的测试

2．4．1 激光损伤阈值的检测标准

2．4．2 损伤阈值测试的相关概念

2．5 本章小结

3 1064nm激光高反膜的设计与制备

3．1 膜系设计理论

3．2 激光高反膜的制备工艺

3．3 薄膜材料的选择

3．3．1 材料的热力学性质和机械性能

3．3．2 材料的吸收系数和纯度

3．3．3 实验中选择的薄膜材料

3．4 单层金属膜的制备

3．5 介质保护膜的制备

3．6 金属-介质膜的制备

3．7 本章小结

4 1064nm激光高反膜的性能表征

4．1 光学性能和厚度测试

4．1．1 Lambda950紫外可见近红外分光光度计

4．1．2 单层金属膜光谱特性测试

4．1．3 单层金属膜的厚度测试

4．1．4 金属-介质膜光谱特性测试

4．2 激光损伤阈值测试

4．2．1 实验装置的搭建

4．2．2 单层金属膜的损伤阈值测试

4．2．3 1064nm金属-介质高反膜损伤阈值测试

4．2．4 金属-介质高反膜的损伤形貌和特性变化

4．3 金属铝膜和金属银膜性能对比

4．3．1 金属铝膜和金属银膜性能对比

4．3．2 金属铝介质膜和金属银介质膜性能对比

4．4 工艺优化及提高损伤阈值的方法

4．4．1 工艺改进

4．4．2 对薄膜进行激光预处理

4．4．3 提高金属薄膜损伤阈值的方法

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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