论文部分内容阅读
光学薄膜是激光系统中非常重要而又非常薄弱的元件,它的激光损伤问题一直是限制激光系统向高功率、大能量方向发展的瓶颈之一。在激光惯性约束核聚变(ICF)技术中,由于介质薄膜材料对于三倍频激光的本征吸收大,光学薄膜的激光损伤阈值相对基频激光更有明显的下降。三倍频高反膜作为紫外激光系统中最常用的光学元件之一,提高其抗激光损伤性能的重要性就不言而喻。本文围绕提高三倍频高反射薄膜的激光损伤阈值这一中心问题,分别从以下四个方面展开研究:
首先选取了制备三倍频薄膜最常用的三种膜料Al2O3、MgF2、HfO2,分别研究了不同沉积温度、不同工作气压、不同退火工艺时的单层膜性能,为制备高阈值的三倍频高反膜打下了基础。发现沉积工艺对薄膜的性能影响很大,实际制备中要根据具体的使用要求综合分析才能进行工艺参数的优化选择。
在单层膜研究的基础上,通过大量的实验研究了制备工艺对高反膜性能的影响,发现高反膜的损伤阈值与膜料选择、膜系设计、沉积工艺条件等密切相关。选择Al2O3和MgF2组合设计高反膜,并就高反膜的制备工艺中沉积温度、工作气压、膜层数等因素对损伤阈值的影响进行了研究。经优化工艺发现沉积温度对三倍频Al2O3/MgF2高反膜的影响很大,当沉积温度为280℃时,高反膜的反射率较大、吸收较小,激光损伤阈值较大,达18.6J/cm2(355nm,7ns),在这个基础上对实验条件进行了改进以提高制备工艺的重复性,实验结果表明:可重复地制备出损伤阈值达18.5-20.6J/cm2(355nm,7ns)的三倍频高损伤阈值激光高反膜。论文证实了通过工艺优化制备出高阈值三倍频高反膜的方案是可行的。最后对比了三倍频高反膜在基频激光和三倍频激光作用下的损伤特性。
Al2O3和MgF2虽然可以制备出高损伤阈值的三倍频高反膜,但是由于Al2O3和MgF2二种膜料的折射率较接近,用它们组合制备高反膜需要的膜层数比较多。因此,本文作者还采用了高折射率的HfO2、低折射率的SiO2以及高能隙的Al2O3组合设计制备高反膜,分析了不同基底和退火工艺对高反膜损伤阈值的影响。
在实验研究的基础上,结合现有损伤机理模型,计算了Al2O3薄膜和高反膜在三倍频激光作用下的表面吸收、界面吸收、膜层吸收以及不同吸收层厚度对温度场的影响,吸收的增大都导致薄膜内部温升的急剧增加,最后还计算了本文4.4节和4.5节实验制备高反膜的温度场分布,从温度场的角度对其损伤阈值进行解释,与实验结果符合。这表明吸收是影响三倍频薄膜损伤阈值的重要因素。