激光薄膜损伤阈值测试原理及方法研究

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本文从光学薄膜激光损伤机理出发,对影响光学薄膜激光损伤阈值的因素和提高光学薄膜抗激光损伤的技术等进行了讨论。对于在不同制备工艺、不同基体上沉积的HfO2/SiO2薄膜,K9玻璃上的薄膜明显比Si上的薄膜损伤阈值大。离子束辅助沉积技术改变了薄膜与衬底的结合力、薄膜的表面形貌、薄膜的致密度,相对于热蒸发沉积而言,有效的提高了薄膜的抗激光损伤能力。主要研究内容如下: ⑴制备的单层类金刚石薄膜通过不同的激光能量辐照后,在1000倍显微镜下观测,在激光能量低于其损伤阈值时出现了轻微烧蚀的痕迹,当激光能量高于其损伤阈值时出现了薄膜脱落、基底颜色变化现象。结合Zygo GPI型干涉仪的测试,与观测到的损伤发生与否相符合。 ⑵对激光损伤阈值的检测方法进行了研究,并利用最小二乘法对数据拟合进行了程序设计、对损伤发生与否的判断进行了程序设计、对二轴移动平台实现了自动控制。 ⑶模拟组建了He-Ne散射光检测光学薄膜激光损伤阈值系统,通过测量同一样品点的He-Ne散射光能量变化来判断薄膜表面发生的损伤,并对制备的类金刚石薄膜与HfO2/SiO2反射膜进行了阈值测试。与等离子体闪光法的阈值测试结果进行了比较,具有较好的一致性。分析表明,有时等离子体闪光的出现并不是在薄膜发生损伤的过程中产生的,在入射激光能量较小时,薄膜表面灰尘的强吸收也会产生等离子体,此时,薄膜并没有发生损伤。等离子体闪光的强度和薄膜的损伤程度之间并没有一个确切的关系,难于实现在线检测。He-Ne散射光测试系统能有效地判断出激光诱导损伤,易于实现在线检测。
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