【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所薄膜光學實驗室在基于兩步變溫沉積法探究基底亞表面雜質(zhì)缺陷對分光薄膜激光損傷閾值(LIDT)的影響機制方面取得進展。相應研究成果以“Effect of subsurface impurity defects on laser damage resistance of beam splitter coatings”為題，發(fā)表于High Power Laser Science and Engineering上。
激光薄膜是高功率激光系統(tǒng)的關(guān)鍵元件，其抗激光損傷性能直接影響著高功率激光系統(tǒng)的輸出功率。對于透射型激光薄膜，一定的透過率會使薄膜與基底界面處的光強更強。另外，電子束蒸發(fā)等物理氣相沉積過程常需要對基底加熱，使得基底亞表面雜質(zhì)缺陷容易在加熱過程中析出并在表面聚集，從而在激光輻照下誘發(fā)薄膜損傷。目前，對基底亞表面雜質(zhì)缺陷的研究主要集中在來源及成分的分析、對LIDT的影響分析以及雜質(zhì)的抑制消除三個方面。關(guān)于基底亞表面雜質(zhì)缺陷對透射型薄膜LIDT的影響機制仍有待進一步研究。
研究人員通過兩步變溫沉積法探究了基底亞表面雜質(zhì)缺陷對分光薄膜LIDT的影響機制，及其與薄膜沉積溫度之間的關(guān)系。研究了不同熱處理工藝對空白基底表面形貌和亞表面雜質(zhì)元素分布的影響。對比研究了四種由不同沉積溫度制備的分光薄膜的性能。結(jié)果表明，基底的亞表面雜質(zhì)缺陷在熱處理過程中會向基底表面遷移并聚集，形成吸收性缺陷源或節(jié)瘤缺陷種子，降低分光膜的LIDT。在膜層材料可以得到充分氧化的前提下，使用較低的沉積溫度有助于提高分光薄膜的LIDT。明確基底亞表面雜質(zhì)缺陷對分光薄膜損傷性能的影響機制，可以為其它透射型激光薄膜閾值提升提供參考。
相關(guān)工作得到了國家自然科學基金、中國科學院青年創(chuàng)新促進會基金、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、上海市科技計劃項目等支持。
圖1 四種分光薄膜的單脈沖激光誘導損傷概率曲線(入射激光：1064 nm，9 ns，45°入射，s偏振)
圖2(A)模擬分析納米級吸收性缺陷的密度對激光誘導膜層溫升的影響；(B)模擬分析納米級缺陷的尺寸和吸收特性對激光誘導膜層溫升的影響；(C)模擬分析納米級缺陷的尺寸和吸收特性對膜層電場分布的影響
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