紫外激光器增透膜的制備

摘要 依據(jù)薄膜光學(xué)的基本理論，選取Al₂O₃與MgF₂作為薄膜材料，在JGS1基底上，采用離子源輔助沉積的真空鍍膜方法，制備出工作波段在240hm～280nm間，具有高透射率大于99.5％的光學(xué)薄膜。通過調(diào)整工藝參數(shù)和膜系設(shè)計，改善了薄膜的激光損傷閾值。

關(guān)鍵詞 光學(xué)薄膜 紫外增透膜 離子輔助沉積

一、引言

紫外激光器的光學(xué)系統(tǒng)中，為了降低全固態(tài)紫外激光器中各種光學(xué)元件表面的反射損耗，提高轉(zhuǎn)換效率，必須在光學(xué)元件表面鍍制增透膜。隨著對短波段減反膜的要求日益提高，對光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件提出了更高的要求。

二、膜系設(shè)計

1 材料選取

針對實際鍍制紫外激光器所需要的紫外減反射膜元件的需求，從光學(xué)薄膜材料的本征吸收、透明度、折射率、散射性質(zhì)、機(jī)械牢固度、化學(xué)穩(wěn)定性以及激光抗損傷閾值等方面分析。

Al₂O₃薄膜透明區(qū)域在0.2－8μm，因其機(jī)械強(qiáng)度高、透明性好、耐磨損、抗腐蝕、有較高的抗激光損傷閾值等特點，適用于鍍制短波段增透膜。MgF₂透明區(qū)為110nm～10μm，具有低折射率、低表面粗糙度、高透過率和高激光損傷閾值等優(yōu)異性能，因而作為紫外增透膜，在高功率激光系統(tǒng)有廣闊的應(yīng)用前景。而且這兩種膜料與基底JGS1有較好的匹配所以最終選擇這兩種高低折射率材料進(jìn)行層數(shù)較少的減反射薄膜的制備。

2 膜系設(shè)計

根據(jù)設(shè)計要求在JGS1基底上鍍膜增透膜，在利用膜系設(shè)計軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時，初始膜系對于獲得最優(yōu)化的設(shè)計結(jié)果至關(guān)重要。按照紫外激光器的光學(xué)元件的要求：設(shè)計出工作波段在240nm～280nm波段范圍內(nèi)高透過的光學(xué)薄膜，初始膜系選用JGS1 I(HL)^3 | Air，

其中JGS1表示基底材料石英，H、L分別代表高折射率材料Al₂O₃、低折射率MgF₂，數(shù)字3為膜系的周期數(shù)，Air表示空氣。采用TFC膜系設(shè)計軟件對其進(jìn)行優(yōu)化。

3 薄膜的制備

薄膜制備工作是在國產(chǎn)700型真空鍍膜機(jī)上完成的。首先用非常細(xì)的拋光粉擦拭鍍件表面，然后用乙醇乙醚混合溶液擦拭干凈，用離子噴槍吹掉表面的灰塵，裝入夾具，放在基片架上，抽真空。當(dāng)真空度達(dá)到2×10-2Pa時，對鍍件加烘烤，烘烤溫度定于200℃。當(dāng)真空度為1.5×10-3Pa時。打開考夫曼離子源轟擊基底15分鐘，開始蒸鍍。鍍制過程中要用較低的束流進(jìn)行充分預(yù)熔，電子槍的掃描要加大，并均勻掃描整個坩堝，以免束流過大或者材料局部溫度過高造成材料噴濺。

4 測試與分析

采用Lambda750型分光光度計對樣品進(jìn)行測試，實驗光譜曲線如圖3所示。

經(jīng)過環(huán)境測試后的樣品，無膜層脫落膜層變化等問題。再用分光光度計測試，透過率曲線沒有變化，滿足使用要求。

三、總結(jié)

通過選擇Al₂O₃和MgF₂的高低折射率材料的匹配，采用電子束真空鍍膜的方法加以離子輔助蒸發(fā)系統(tǒng)，進(jìn)行大量的實驗，制備出在紫外240nm～280nm波段平均透過率到達(dá)99.5％以上的薄膜，并對樣品進(jìn)行后期處理，解決膜層牢固性問題，提高損傷閾值，能夠滿足紫外激光器光學(xué)元件的工作要求。