溶胶-凝胶SiO2酸性膜与碱性膜的激光损伤行为.pdf.pdf

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第卷第期强激光与粒子束.,.
年月.,
文章编号: —
溶胶一凝胶酸性膜与碱性膜的激光损伤行为
郭袁俊, 祖小涛, 蒋晓东, 袁晓东,
赵松楠, 徐世珍, 王毕艺, 田东斌
.电子科技大学应用物理系,成都;.中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳
摘要: 采用溶胶一凝胶技术分别在基片上镀制了光学厚度相近的单层酸性膜和碱性膜。测试
了两类薄膜的激光损伤阈值;分别采用透射式光热透镜技术、椭偏仪、原子力显微镜、扫描电镜和光学显微镜研
究了两类薄膜的热吸收、孔隙率、微观表面形貌、激光辐照前薄膜的杂质和缺陷状况以及激光辐照后薄膜的损
伤形貌。实验结果表明:相对于碱性膜,酸性膜有更大的热吸收和更小的孔隙率,因此其激光损伤阈值较小;两
类薄膜不同的损伤形貌与薄膜的热吸收系数与微观结构有关。
关键词: 激光损伤阈值; 溶胶一凝胶; 薄膜; 热吸收; 孔隙率; 损伤形貌
中图分类号: . 文献标识码:
激光系统各器件中的光学薄膜是耐激光损伤的一个薄弱环节,光学薄膜的激光损伤是高功率设计的主要
限制因素,特别是具有极限脉冲形状的惯性约束聚变激光器。传统的物理镀膜方法工艺复杂,成本昂
贵;溶胶一凝胶法是一种新型的镀膜方法,与传统物理镀膜相比,溶胶一凝胶法设备简单,镀膜方便,价格低廉,具
有较高的激光损伤阈值,在高功率激光领域被认为是需要重点研究和发展的方向之一。
采用溶胶一凝胶方法制备的。增透膜具有高损伤阈值和优良的光学特性,在高功率激光领域具有诱人
的应用前景。目前,人们已经对。薄膜的制备工艺和光学性能做了大量的研究工作:提高抗磨损能力和
机械性能,增加透光带宽,调整折射率。然而,关于。酸性膜即酸催化溶胶一凝胶制备的膜层和碱
性膜即碱催化溶胶一凝胶制备的膜层激光损伤行为的对比研究还未见报道。本文采用溶胶一凝胶技术在
玻璃基片上镀制了光学厚度相近的单层。酸性膜和碱性膜,测试了薄膜的激光损伤阈值、热吸收、孔隙率和
表面形貌;结合实验前后膜层的显微观测情况,对相同基底、相同膜层材料采用不同方法镀制的光学膜层,从热
力学响应及膜层微观特性差异的角度探讨了碱性膜损伤阈值高于酸性膜的微观机理。
实验过程
. 薄膜的制备
酸催化。溶胶的制备:将正硅酸乙酯、二次蒸馏水、乙醇和盐酸在室温下按物质的量:::
混合、搅拌约,放置~ 后,在℃下回流~,室温存放待用镀膜。
碱催化。溶胶的制备:将正硅酸乙酯、氨水和乙醇在室温下按物质的量::混合、搅拌约,
放置~ 后,在℃下回流~,室温存放待用镀膜。
镀膜采用提拉的方法,以洁净的玻璃为基底,在相对湿度小于% ,℃的室温清洁环境中进行。提
拉速度控制在~ · 。,以保证膜层的光学厚度为/ 为中心波长,取一.。
. 薄膜的表征
薄膜的激光损伤实验在中国工程物理研究院激光聚变研究中心进行,按照—.测试规范测量样
品的损伤阈值,测试光路如图所示。本测试系统采用公司型能量卡计加能量探头
测量并记录激光脉冲能量,它具有实时测量和自动存储能力;系统采用焦距为的透镜将激光聚焦,
可以灵活选择对测试元件损伤阈值的光斑口径;待测元件置于可精密程控、分辨率为的维移动平台
上;实验中使用: 单纵模调激光器,输出激光波