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高功率激光技术的发展对光学薄膜的抗激光损伤能力提出了越来越高的要求。大量的薄膜激光损伤实验表明,薄膜中纳米尺度的吸收缺陷导致了激光诱导损伤,是薄膜激光损伤的源头。对这些缺陷进行探测,可以为进一步分析缺陷引入的原因,从而改进薄膜的制备和储存过程,为提高薄膜激光损伤阈值奠定基础。
论文首先论述了吸收测量相关的基础知识,包括吸收的定义和来源,常规吸收测量方法的技术原理,并重点综述了国内外薄膜吸收测量技术的发展现状和趋势。
表面热透镜技术作为一种无损的光热探测技术,在薄膜弱吸收和缺陷检测方面得到了广泛应用。本文以三层体系模型为例,简要介绍了表面热透镜技术测量薄膜吸收的温度场理论、热形变理论和菲涅尔衍射检测理论,并在此基础上搭建了1064nm和355nm弱吸收测量平台。基于本实验室的1064nm弱吸收平台和激光损伤测试平台,以TiO2单层膜为例,通过对TiO2单层膜的吸收和阈值测试,分析了电子束镀膜中氧分压和烘烤温度等工艺因素对薄膜吸收值以及损伤阈值的影响,并总结了提高薄膜损伤阈值的工艺改进方向。
在表面热透镜吸收测量平台的基础上,通过大范围改变泵浦光束的调制频率来调整热的扩散深度,提出了一种具有深度分辨能力的层析检测方法。通过温度场和形变场理论推导了调制频率与探测信号的关系,引入声光调制器实现泵浦光束的高频调制。试验中,我们利用层析检测平台对HfO2单层膜和含有强吸收层的SiO2薄膜样品进行了测量,结果表明层析检测技术不仅可以精确测量到薄膜中强吸收层的深度,还可以测量不同厚度、不同材料薄膜的热导率。