光學(xué)薄膜在激光系統(tǒng)中的應(yīng)用及性能要求(編輯修改稿)
2025-07-15 19:50 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ，以及激光模式對光學(xué)薄膜的激光損傷閾值進(jìn)行分析。(1)激光波長 我們知道激光的波長與其能量是有很大關(guān)系的，所以考慮到光學(xué)薄模的損傷閾值，我們得出激光的波長也是研究的重點。通過實驗我們會發(fā)現(xiàn)大多數(shù)光學(xué)薄膜存在“波長效應(yīng)”，就是當(dāng)波長的減小時光學(xué)薄膜的激光損傷閾值會呈一定比例的下降，即短波長激光更容易造成薄膜元件的損傷。當(dāng)然這種波長效應(yīng)并不是在所有的光學(xué)薄膜上都很明顯，甚至結(jié)論相反。例如對于脈寬為 15ns 的激光脈沖，當(dāng)波長從 1064nm 倍頻至 532nm 時，除MgO 薄膜外，所有的薄膜的損傷閾值均有所降低。 (2)光斑尺寸 光學(xué)薄膜對于強(qiáng)激光的輻射，通過實驗發(fā)現(xiàn)，輻照激光束光斑越小，光學(xué)薄膜所能承受的損傷范圍越大，即激光對薄膜的損傷閾值具有所謂的“光斑效應(yīng)”。在當(dāng)前的研究中人們認(rèn)為“光斑效應(yīng)”是雜質(zhì)吸收引起的，因光學(xué)材料在加工過程中總會使雜質(zhì)摻雜進(jìn)去，從而在較大程度上吸收了激光。實驗表明，強(qiáng)激光輻射薄膜時光斑效應(yīng)的大小與薄膜中雜質(zhì)分布的疏密有關(guān)。當(dāng)改變?nèi)肷浼す馐墓獍叱叽鐣r，激光輻射到薄膜雜質(zhì)部分的幾率將改變，從而改變了激光損傷閾值。實驗中，對于同一塊薄膜，輻射激光的光斑越大，雜質(zhì)缺陷落入輻照區(qū)的幾率就越高，損傷閾值就越低，當(dāng)光斑大到一定程度，在光斑內(nèi)總是存在容易破壞的缺陷，則破壞閾值就穩(wěn)定在缺陷的破壞閾值上。此外，在光斑大小不同的情況下，保持激光照射能量密度的相同，我們發(fā)現(xiàn)激光在光斑內(nèi)能量沉積的總和是不一樣的，這導(dǎo)致了薄膜內(nèi)溫度場的分布不均，在大光斑內(nèi)雜質(zhì)吸收的激光輻射溫度最大值高于小光斑內(nèi)的溫度最大值，這也就導(dǎo)致了薄膜破壞閾值的降低。(3)激光脈寬 通過觀察總結(jié)，研究人員得出，通常情況下，隨著激光脈寬的減小，激光對薄膜的損傷愈不理想，即光學(xué)薄膜激光損傷閾值越小，我們稱之為脈寬效應(yīng)。所以激光脈寬是影響薄膜損傷閾值的重要參數(shù)，因為脈寬越短，激光功率就越高，激光對材料的損傷越大，薄膜損傷閾值也就越低。表示為：Ith∝ tpmIth是激光功率損傷閾值，tp是激光脈寬，一般來說，m的取值與所選材料，制備工藝以及膜系的不同有關(guān)，m，典型的 m 取值在 附近。當(dāng)然，同一薄膜對于不同的激光波長和脈沖寬度，其規(guī)律也不一樣。（4）多脈沖激光 在通常情況下，隨著激光脈沖個數(shù)的增多，激光損傷閾值會減小。而多脈沖激光對光學(xué)薄膜的損傷規(guī)律也和單脈沖有所不同。中國科學(xué)院上海光機(jī)所高衛(wèi)東博士通過實驗測定在單脈沖激光作用下 HfO2/SiO2高反膜的損傷閾值為 ，在多脈沖激光作用下， HfO2/SiO2的損傷閾值如表 所示。 通過圖表我們知道隨著脈沖數(shù)的增加 HfO2/SiO2高反膜的損傷閾值出現(xiàn)了明顯的下降。 多脈沖激光對薄膜損傷閾值的影響有兩種解釋：一種認(rèn)為多脈沖激光損傷是薄膜材料內(nèi)部的微觀缺陷吸收激光能量后的非線性發(fā)展積累過程。薄膜上因工藝制作而有不可避免的微觀缺陷，缺陷吸收激光照射能量效率更高，于是在材料內(nèi)部形成局部高溫，當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時，材料缺陷處就會熱爆炸、電子崩電離等過程，從而使缺陷進(jìn)一步擴(kuò)大。每個微觀缺陷的發(fā)展和爆炸，都將增加對后續(xù)激光的脈沖的吸收，并導(dǎo)致更大的微觀損傷的發(fā)生，最終導(dǎo)致薄膜元件破壞性的損傷。另一種說法是多脈沖激光損傷是一個熱積累過程，隨著脈沖數(shù)的逐步增加，能量也逐步增加，從而使薄膜輻照區(qū)溫度升高，當(dāng)溫升達(dá)到一定程度時，就會使得材料在宏觀上表現(xiàn)出破
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