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该文围绕全固态激光器用光学薄膜的特点,主要做了三方面的工作:几种氧化物膜料光学常数的研究;减反膜的制备与性能研究;倍频双波长分离膜的制备与性能研究。
该文采用电子束热蒸发和双离子束溅射等技术,制备了7种氧化物膜料的单层膜样品,用光度学方法计算出这几种膜料在400nm到1200nm波段内折射率n的色散关系。实验结果发现ZrO2、HfO2、Ta2O5、Y2O3和SiO2等膜料的光学常数比较稳定且色散程度比较小;而Al2O3膜料在镀制过程中易发生喷溅而导致膜层折射率的厚度非均匀性增大;TiO2膜料在蒸镀过程中易失氧而形成氧空位缺陷。这几种膜料折射率色散关系及各自成膜特性的获得为以后设计、制备和研究相应的光学薄膜元件打下了基础。
在矢量设计法的基础上设计出膜系结构规整且光谱性能优良的1064nm单波长减反膜、532nm单波长减反膜以及1064nm与532nm双波长减反膜。采用电子束热蒸发技术,制备出这三种减反膜样品。样品的光谱曲线与其理论光谱曲线均有很好的一致性。
为研究不同基底、不同基底清洗工艺及内保护层对双波长减反膜激光损伤阈值的影响,分别采用K9玻璃和石英做基底,从两种基底中分别取部分基底进行超声波清洗,设计出两种膜系结构,采用电子束热蒸发技术制备了薄膜样品。采用波长为1064nmNd:YAG电光调Q单模激光对薄膜的激光损伤阈值进行测量。结果表明,镀在石英基底上的减反膜其激光损伤阈值较镀在K9玻璃基底上的高;超声波清洗能够提高薄膜的激光损伤阈值;内保护层对减反膜的基底有修复作用。
采用对主膜系添加匹配层的方法设计出结构规整、性能优良的1064nm高透射倍频双波长分离膜,用电子束热蒸发制备样品。样品的实验光谱性能与其理论光谱性能有很好的一致性,完全满足全固态激光器系统所要求的光学性能指标。
分别从样品的光谱性能、弱吸收以及激光损伤阈值等方面研究了260℃退火对1064nm高透射倍频双波长分离膜性能的影响。结果表明,退火后样品的光谱曲线几乎没有发生温漂,说明样品的热稳定性好;而退火使得样品的弱吸收减小;同时其激光损伤阈值提高。分析发现260℃退火能使样品中的ZrO2膜料进一步氧化来弥补膜层内的氧空位缺陷,使得膜层内非化学计量比缺陷减少。
指出膜料色散、膜层折射率非均匀性以及膜厚控制误差积累等是导致半波孔产生的几个因素,并针对各个因素作了相应的数值计算分析。结果表明膜层厚度周期性误差积累和敏感层厚度误差是导致半波孔产生的主要因素,此外半波孔大小与膜系结构有关。最后从理论上分析了半波孔产生的原因。设计出两种膜系结构,分别采用射频双离子束溅射和电子束热蒸发技术制备出不带半波孔的1064nm高反射倍频双波长分离膜。