1064nm负滤光片制备及激光损伤特性研究

作     者：刘祺 

作者单位：西安工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐均琪;刘政

授予年度：2022年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：负滤光片 复合膜 膜系设计 双源共蒸 激光损伤阈值 电场强度 

摘      要：激光防护用的负滤光片可以反射特定波长的激光,而使反射波长两侧一定范围内的光波能顺利通过。本文根据项目需求,基于等效层理论设计了规整膜系和非规整膜系负滤光片,基于Rugate理论设计了梯度膜系负滤光片。采用热蒸发沉积和双源共蒸方式,对不同膜系负滤光片进行了制备。测试了不同膜系负滤光片的光谱特性,对负滤光片激光损伤特性做了对比研究。采用双源共蒸MgF和ZnS的方法,通过控制两种材料的沉积速率比,获得了制备梯度膜系负滤光片所需要的中间折射率材料。共蒸得到的MgF/ZnS复合膜折射率符合Cauchy色散关系,复合膜折射率与两种材料的沉积速率比,满足Drude理论导出的关系式。折射率为1.64(波长532nm)的MgF/ZnS复合膜激光损伤阈值为9.6J/cm,高于单组分ZnS(3.8J/cm)和MgF(7.5J/cm)。由此可见,采用双源共蒸技术,按照复合膜折射率与沉积速率比的关系式,可以有针对性的调整工艺获得目标折射率材料;只要两种材料比例合适,利用共蒸技术可获得激光损伤阈值高于单组分薄膜的复合膜。离子束辅助沉积的规整膜系负滤光片,膜系结构为G|(ML)(HL)(ML)L|A。实测光谱在400～900nm波段平均透过率达到89.98%,其中700～900nm波段平均透过率为91.94%,1300～1800nm波段平均透过率为94.35%,1064nm透过率为1.29%。离子束辅助沉积的非规整膜系负滤光片,膜系结构为G|(αLβH)···(αLβH)αL|A(α···α、β···β为膜系优化后的厚度系数)。实测光谱在700～900nm波段平均透过率达到93.60%,1300～1800nm波段平均透过率达到95.58%,1064nm透过率为1.60%。采用双源共蒸技术镀制的梯度膜系负滤光片,膜系结构为G|0.5(MHM)0.5(LMHM)|A。实测光谱在700～900nm波段平均透过率达到92.20%,1300～1800nm波段平均透过为86.78%,1064nm透过率为4.01%。离子束辅助沉积的规整膜系负滤光片,激光损伤阈值为6.0J/cm,比无离子束辅助沉积时提高了53.8%。说明采用合适参数的离子束辅助沉积,可以提高负滤光片的激光损伤阈值。离子束辅助沉积的非规整膜系负滤光片,激光损伤阈值为6.8J/cm,比规整膜系高0.8J/cm。采用双源共蒸MgF/ZnS技术制备的梯度膜系负滤光片激光损伤阈值为4.2J/cm,比Si O、H4、YO材料组成的规整膜系负滤光片提高0.3J/cm。说明采用梯度膜系结构或者采用复合膜作为薄膜材料,可以弥补材料本身激光损伤阈值的不足,提高负滤光片的激光损伤阈值。