【摘 要】
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目前,工作于单波段的光电器件已经越来越难以应对现代仪器高速发展带来的严峻挑战,随之兴起的多波段光电器件,具备较强的角分辨能力与能量收集能力,能够集多功能一体化,满足各波段的不同使用需求。本文主要从多波段高反膜的光谱性能、激光防护性能以及大口径薄膜的应力分布三方面入手,对多层膜体系的热应力进行建模与深入研究,继而开展三波段兼容多层膜的设计与制备工作,推进大口径基底上膜层的应力与损伤性能研究。借鉴双层
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目前,工作于单波段的光电器件已经越来越难以应对现代仪器高速发展带来的严峻挑战,随之兴起的多波段光电器件,具备较强的角分辨能力与能量收集能力,能够集多功能一体化,满足各波段的不同使用需求。本文主要从多波段高反膜的光谱性能、激光防护性能以及大口径薄膜的应力分布三方面入手,对多层膜体系的热应力进行建模与深入研究,继而开展三波段兼容多层膜的设计与制备工作,推进大口径基底上膜层的应力与损伤性能研究。借鉴双层复合梁理论,建立了圆形基底上双层、多层光学介质膜的热应力模型。通过力平衡和弯矩平衡等边界条件分析等效膜基系统中的应力应变分布,建立了等效膜层和基底的热应力理论关系。推导的公式不仅在分析双层膜系统应力应变方面是行之有效的,对于预测周期弹性多层膜中的热应力分布同样适用。结合实际轮廓仪测量基底在沉积HfO2/SiO2双层膜、多层膜前后的曲率半径,得到膜层的残余应力分别为-52.59MPa和-101.65MPa,理论推导的热应力公式计算得到双层、多层膜的热应力分别为-79.33MPa和-78.46MPa,高温下制备的薄膜在生长过程中,缺陷密度小,本征应力较低,验证了膜基模型的有效性。在G/（HL）SH/A膜系结构的基础上,高低折射率材料选取TiO2-SiO2,在Φ30mm的K9基底上进行基础实验研究。500nm～650nm、808nm、1064±40nm范围分别采用中心波长530nm、575nm 以及 1064nm,按照膜系 G/（HL）8H/A、G/（1.5H1.5L）4H/A、G/（HL）8H/A 进行高反膜的镀制。三波段膜层的残余应力数值分别为-31.52MPa、-37.10MPa、-94.44MPa,状态均表现为压应力状态。TiO2/SiO2、HfO2/SiO2、LaTiO3/SiO2三种材料组合下1064nm高反膜的抗激光损伤阈值分别为2.9J/cm2、3.5J/cm2、2.2J/cm2。前两者薄膜样品的膜基结合力较好,LaTiO3/SiO2组合高反射薄膜表面起皱脱落,抗激光损伤性能较为低弱。设计并制备了三波段兼容的介质高反膜,监控波长560nm,膜系结构优化为G/（HL）8H（2L）4（1.4H1.4L）8H2L（1.9H1.9L）81.9H/A,在不同膜堆之间添加低折射率层来抑制虚设问题,通过增加周期数改善808nm波长点处带宽小、峰值反射率低等不足。在Φ220mm的大口径基底上成功制备性能良好的宽波段大尺寸多层高反射薄膜,光谱曲线较为平滑,膜厚均匀性良好,成膜致密无起皱龟裂脱落等现象出现,膜层牢固性较高。鉴于玻璃的抗压强度要优于其抗拉强度,膜层的应力状态呈现良好的态势,表现为较小的压应力。其光谱性能在可见光500nm～650nm波段范围内,平均反射率为99.5%,峰值反射率为99.9%;778nm～838nm范围内,峰值反射率99.9%,平均反射率99.8%;1064±40nm波段范围内,其平均反射率能够达到99.7%,峰值反射率达到99.9%。
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