波長 1064nm 脈沖激光高閾值反射膜的研制

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上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。

摘要：本研究聚焦于波長 1064nm 脈沖激光高閾值反射膜的研制。通過對多種鍍膜材料和沉積工藝的篩選與優化，采用電子束蒸發和離子輔助沉積相結合的技術，在特定基底上成功制備出高性能反射膜。對所制備反射膜的光學性能、抗激光損傷性能等進行**表征，結果顯示在 1064nm 波長處，反射率大于 99.5%，抗激光損傷閾值高達 80 J/cm2 以上，滿足高功率脈沖激光系統的嚴苛應用需求，為相關領域的技術發展提供了關鍵支撐。

一、引言

在高功率脈沖激光系統中，如激光核聚變裝置、高能量密度物理實驗設備以及工業高功率激光加工系統等，反射膜作為精密操縱激光束傳輸的關鍵元件，其性能優劣直接決定了整個系統的輸出能量和光束質量。1064nm 波長的脈沖激光在眾多領域有著廣泛應用，如 Nd:YAG 激光器常輸出此波長激光用于材料加工、醫療美容等。然而，在高功率脈沖激光環境下，普通反射膜極易受到激光損傷，導致反射性能下降甚至完全失效，嚴重制約了系統的穩定性和可靠性 。因此，研制具備高反射率和高抗激光損傷閾值的 1064nm 反射膜成為該領域的研究熱點與關鍵挑戰 。

高抗激光損傷閾值的反射膜要求膜層具備極低的缺陷密度、良好的微觀結構均勻性以及較高的致密度，以有效承受高能量密度激光的沖擊。同時，在保證高損傷閾值的前提下，還需實現高反射率，確保激光能量的高效反射與利用。本研究旨在通過優化鍍膜材料選擇、改進沉積工藝等手段，研制出適用于 1064nm 脈沖激光的高性能高閾值反射膜。

二、實驗部分

2.1 鍍膜材料選擇

綜合考慮材料的光學特性、熱穩定性、機械性能以及與激光相互作用特性等因素，選用 HfO?作為高折射率材料，SiO?作為低折射率材料 。HfO?具有較高的折射率（在 1064nm 處約為 2.0 - 2.1），且在該波長范圍內吸收較小，其自身抗激光損傷性能較好 。SiO?折射率較低（在 1064nm 處約為 1.45），化學穩定性高，與 HfO?組合可形成較為理想的高低折射率交替膜系 。此外，選擇表面粗糙度小于 1nm 的 K9 玻璃作為基底材料，其具有良好的光學均勻性和機械穩定性，能夠為反射膜的生長提供上等基礎 。

2.2 沉積工藝

采用電子束蒸發和離子輔助沉積相結合的技術（IAD - EB）進行薄膜制備 。實驗在 Leybold 公司的 APS1504 鍍膜機中進行，首先利用機械泵和 ROOTS 泵將真空室抽至 8Pa 的氣壓，再通過冷凝泵進一步將氣壓降至 1.0×10?3 Pa 以下 。基片由真空室內底部的四個石英加熱器進行加熱，由于電子束加熱源材料時產生的輻射熱，會導致真空室內溫度存在一定漂移，但當設定加熱溫度在 200℃以上時，溫度漂移不超過 8℃ 。從室溫加熱到 200℃以上時，真空室內氣壓會因出氣而上升近 2 個量級，因此加熱到設定溫度后需等待 5 - 6 小時，直至氣壓重新降回 1.0×10?3 Pa 以下方可進行鍍膜 。

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