梯度折射率高反膜的制備及其激光損傷特性研究.pdf

1、隨著近年來(lái)慣性約束聚變（Inertially Confined Fusion，ICF）實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，提高激光系統(tǒng)光學(xué)元件的抗激光損傷能力，從而使激光系統(tǒng)達(dá)到更高的功率密度是目前實(shí)現(xiàn)可控核聚變急需解決的主要問(wèn)題之一。出于實(shí)現(xiàn)激光系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地輸出高功率激光的需要，研究光學(xué)薄膜的激光破壞機(jī)制以及如何提高激光損傷閾值已經(jīng)顯得尤為重要。采用混合膜法制備的梯度折射率薄膜由于其物理特性沿著膜厚逐漸變化的特點(diǎn)，平滑了膜層間材料的躍變，在提高薄膜附著力

2、、減少殘余應(yīng)力等方面有著理想的應(yīng)用前景，近年來(lái)在高功率激光薄膜的前沿研究中也展示出了巨大的應(yīng)用潛能。
　　本文的主要內(nèi)容是利用離子束濺射雙元拼接靶的路線探索了制備梯度折射率薄膜的方法，并對(duì)其激光損傷特性進(jìn)行了較為細(xì)致的研究。針對(duì)國(guó)外高功率激光薄膜的研究前沿，我們?cè)赗ugate薄膜的初始設(shè)計(jì)上優(yōu)化中心波長(zhǎng)處反射率得到了梯度折射率高反膜;確定了采用雙元拼接靶離子束濺射得到的SiO2/Ta2O5混合材料折射率校正曲線，并在此基礎(chǔ)上利用寬

3、帶光譜厚度監(jiān)控制備了梯度折射率高反薄膜樣品。對(duì)梯度折射率高反薄膜和傳統(tǒng)λ/4規(guī)整高反膜的損傷幾率曲線和損傷形貌進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果顯示:梯度折射率高反膜的零幾率損傷閾值達(dá)到了傳統(tǒng)λ/4規(guī)整高反膜現(xiàn)有的能量密度負(fù)載能力，其損傷類型主要是節(jié)瘤缺陷噴濺導(dǎo)致的燒蝕斑，并且抑制了層狀剝落的熱應(yīng)力型損傷，在多脈沖的作用下其損傷發(fā)展也較為穩(wěn)定，顯示出在高功率激光系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力。對(duì)混合SiO2/Ta2O5單層膜的研究表明:隨著混合材料中SiO2含量的增加

4、，損傷的附帶影響區(qū)域減小，混合膜層材料的損傷特性得到了一定程度上的改善，是梯度折射率薄膜損傷改善的原因之一。并指出了梯度式設(shè)計(jì)對(duì)熱物性參數(shù)的平滑作用是抑制膜層脫落的重要因素。
　　本文的研究表明:利用雙元拼接靶離子束濺射的方法，通過(guò)兩種材料的均勻混合，可以根據(jù)折射率校正曲線獲得特定折射率材料，從而在寬帶光譜厚度監(jiān)控下制備梯度折射率薄膜。梯度折射率的設(shè)計(jì)方式抑制了層狀剝落這種災(zāi)難性損傷的出現(xiàn)，在一定程度上改善了元件的損傷特性。本課題