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本文系统研究了Ta2O5薄膜的光学性能和激光损伤阈值的变化规律,分析了薄膜的结构、光学性能和激光损伤阈值的内在联系。采用Material Studio软件模拟了Ta2O5、ZrO2和HfO2的性质,对非化学计量比的情形进行了初步探索。
通过对比电子束蒸发和离子束溅射制备的Ta2O5薄膜的性能,发现电子束蒸发的薄膜性能劣于离子束溅射的薄膜,退火处理后光学性能可提高至接近后者,但是阈值仍较低。
在低温范围(≤673 K)退火有利于降低薄膜的非化学计量比缺陷密度,提高薄膜内部的结合力和热导率,提高薄膜的激光损伤阈值。在高温范围(≥873 K)退火,将使薄膜的结构晶化,光学性能也会逐渐下降。
SiO2保护膜对Ta2O5薄膜的阈值影响不明显,而SiO2缓冲层和中间层有利于提高Ta2O5薄膜的阈值。同时发现基底对薄膜阈值的影响不可忽视,尤其强吸收基底会大幅降低激光损伤阈值,不同基底的薄膜激光损伤可总结为三种类型。
Ta2O5薄膜在532,800和1064 nm波长下的n-on-1和1-on-1体制的激光损伤都属于缺陷诱导损伤,并且阈值均随波长增加而增大。当激光波长降至355nm,Ta2O5薄膜的破坏由本征吸收主导,非化学计量比缺陷的影响降低。
采用Materials Studio软件模拟了Ta2O5-x、ZrO2-x和HfO2等材料的性质。结果显示Ta2O5属于半导体,但其失氧后的两种结构TaO2和TaO均属导体。ZrO2及失氧后的ZrO均为半导体。HfO2材料则较不易失氧。