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全固态激光器的发展,伴随大量晶体的使用,其小型化、集成化的发展趋势,要求直接在晶体上镀制各类光学薄膜,给晶体镀膜的研究与发展提出了挑战。同时,随着全固态激光器向高功率的发展,晶体上的薄膜除了要求更好的光学性能之外,对薄膜的力学性能、抗激光损伤性能也提出了更高的要求。本文主要围绕晶体镀膜中的膜基附着力差的问题对三硼酸锂(LiB3O5,LBO)晶体上薄膜的制备工艺进行了探索性研究,并设计和建立了一套简易的薄膜附着力测量装置。
本文首先在不同取向的LBO基底上镀制了HfO2单层膜,用光度学方法计算了薄膜在400-800nm波段内折射率的色散关系,研究了晶体结构对薄膜光学性能的影响,并采用掠角X射线衍射技术表征了薄膜的微结构,发现基底结构对薄膜结构,光学性能和力学性能具有明显的影响。
采用电子束热蒸发技术,对LBO晶体上1064nm,532nm二倍频增透膜的镀制工艺进行了系统研究。首先设计和镀制了引入不同SiO2过渡层厚度的二倍频增透膜,研究了薄膜光谱性能及退火过程中热稳定性的变化规律,发现过渡层的引入对薄膜光谱性能的影响是可以控制的,而过渡层的厚度对薄膜的热稳定性有明显的影响。通过改变膜系结构,膜料及过渡层材料在LBO晶体基底上制备了一系列1064nm,532nm二倍频增透膜,分析了薄膜的光谱性能和热稳定性能的变化,确定了最佳膜系结构为高折射率材料为HfO2,且不引入任何过渡层材料的四层膜系。最后采用循环退火实验,研究了不同取向的LBO晶体上二倍频增透膜的疲劳损伤效应,发现了晶体取向对薄膜的抗疲劳损伤效应有明显的影响。
为了对薄膜附着力进行定量测量,设计和建立了一套宽量程直接引拉法薄膜附着力的测试装置,该装置利用了杠杆原理,具有测量范围广,操作方便,成本低廉的特点。本文提出该装置的具体实现方案,分析了该装置的误差来源,并提出了相应的应对措施,用该装置测试了一系列光学薄膜的附着力,得出的结果表明薄膜附着力与材料性质,沉积方法及沉积工艺有关。