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电子束蒸发制备抗激光损伤ZrO_2/SiO_2膜系及表面特征研究

鲁嘉  
【摘要】:光学薄膜的抗激光损伤阈值对激光技术而言具有重大的意义。论文通过分析比较采用了β—偏硼酸钡晶体(β—BaB_2O_4)晶体作为镀膜基片,因为其具有非常高的光学非线性系数和抗激光损伤阈值。选用具有较高化学稳定性和抗激光损伤阈值的ZrO_2和SiO_2作为高低折射率搭配的膜材。采用菲涅尔公式作为膜系设计的理论基础,并借用Essential MacLeod软件进行膜系设计,然后针对膜层驻波场的影响对膜系进行了优化,得出了比较合理的四层增透膜系。采用了电子束蒸发来制备薄膜,并采用了离子束辅助沉积技术和后期对薄膜进行真空退火处理。在薄膜制备过程中,使用IC/5晶振膜厚控制仪对薄膜的沉积进行实时监控,提高了镀膜精度。 采用了“1对1测试”的方法,使用YAG激光系统对薄膜的抗激光损伤阈值进行了测试,得出了不同基片加热温度和不同制备条件下薄膜的损伤几率曲线,得出基片加热温度在600℃且经过真空退火处理的薄膜比其他制备条件下的薄膜具有更高的抗激光损伤阈值,其在激光能量密度65J/cm~2左右时损伤几率达到100%。使用分光光度计测出薄膜在波长532nm和1064nm处反射率小于0.35%和透射率高于90%,这与膜系设计的理论值相符合。 通过对薄膜AFM、XRD和XPS图像和曲线的研究分析,我们知道不采用离子束辅助沉积与后期的真空退火处理的薄膜组织结构缺陷较大,所含杂质较多,表面粗糙度和填隙密度低;采用了离子束辅助沉积的薄膜能提高薄膜填隙密度,使薄膜与基片的结合度更好,提高了ZrO_2膜材的折射率,使得薄膜的透射率提高,但高能离子对基片和薄膜的轰击也使基片中的少量Ba~(2+)离子扩散到膜层中形成新的杂质影响了薄膜的抗激光损伤阈值;经过真空退火处理的薄膜能够很好的使得薄膜中吸附的O_2与水蒸汽解吸放出,减少了薄膜中所含杂质并且退火处理使得薄膜有重结晶趋势优化了薄膜的组织结构,这都使得薄膜的抗激光损伤阈值得到了提高。


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