随着高能量、大功率激光系统的发展,致使应用于这些系统的光学元件面临着越来越大的威胁,而光学元件及窗口的破坏或失效,主要是由于涂覆在光学元件表面的薄膜损伤所致。因此,要提高光学系统的性能和仪器的使用寿命,必须在窗口表面沉积具有高激光损伤阈值的膜层。
针对大功率、高能量激光系统中光学薄膜的需求,通过材料优选、膜系设计、工艺优化及后续处理等因素的研究,在分析薄膜激光损伤机理的基础上得到制备激光薄膜的最佳工艺条件。采用的主要技术为离子束辅助蒸发技术(IBAD)、非平衡磁控溅射(UBMS)和脉冲真空电弧(PVAD)等技术,选择的激光薄膜的膜料为DLC、HfO2、ZrO2、Al2O3和SiO2等,在膜系方面采用优化结构和电场强度分布、温场设计的方法,提高了薄膜的激光损伤阈值。
常规的工艺方法及技术,很难制备出抗强激光作用的薄膜,更不易制备出光学性能与抗激光损伤兼容的薄膜。实验室突破了高损伤阈值激光薄膜的制备关键技术。采用材料优选、正交实验优化、电场强度设计、后继处理等过程,实现了高损伤阈值激光薄膜的制备,制备的薄膜光学性能满足实际需要,激光损伤阈值达到10-20J/cm2。实验室制备的薄膜光学性能优良、吸收小、损耗低;通过材料优选及制备工艺优化,薄膜的应力小,不易脱落;附着力好,膜基结合性能达到国标的要求;激光损伤阈值高,相比于常规工艺制备的薄膜,其激光损伤阈值约高出50-100%。
该研究主要应用于高能激光系统,如激光器的谐振腔、激光输出窗口等,也用于红外激光防护系统、红外观测等系统中光学元件表面的薄膜制备。实验室研制的激光薄膜,已经成功运用于激光系统中,经实际使用,性能良好。
薄膜的激光损伤情况