电子束蒸发制备抗激光损伤ZrO2/SiO2膜系及表面特征研究

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光学薄膜的抗激光损伤阈值对激光技术而言具有重大的意义。论文通过分析比较采用了β—偏硼酸钡晶体(β—BaB2O4)晶体作为镀膜基片,因为其具有非常高的光学非线性系数和抗激光损伤阈值。选用具有较高化学稳定性和抗激光损伤阈值的ZrO2和SiO2作为高低折射率搭配的膜材。采用菲涅尔公式作为膜系设计的理论基础,并借用Essential MacLeod软件进行膜系设计,然后针对膜层驻波场的影响对膜系进行了优化,得出了比较合理的四层增透膜系。采用了电子束蒸发来制备薄膜,并采用了离子束辅助沉积技术和后期对薄膜进行真空退火处理。在薄膜制备过程中,使用IC/5晶振膜厚控制仪对薄膜的沉积进行实时监控,提高了镀膜精度。 采用了“1对1测试”的方法,使用YAG激光系统对薄膜的抗激光损伤阈值进行了测试,得出了不同基片加热温度和不同制备条件下薄膜的损伤几率曲线,得出基片加热温度在600℃且经过真空退火处理的薄膜比其他制备条件下的薄膜具有更高的抗激光损伤阈值,其在激光能量密度65J/cm2左右时损伤几率达到100%。使用分光光度计测出薄膜在波长532nm和1064nm处反射率小于0.35%和透射率高于90%,这与膜系设计的理论值相符合。 通过对薄膜AFM、XRD和XPS图像和曲线的研究分析,我们知道不采用离子束辅助沉积与后期的真空退火处理的薄膜组织结构缺陷较大,所含杂质较多,表面粗糙度和填隙密度低;采用了离子束辅助沉积的薄膜能提高薄膜填隙密度,使薄膜与基片的结合度更好,提高了ZrO2膜材的折射率,使得薄膜的透射率提高,但高能离子对基片和薄膜的轰击也使基片中的少量Ba2+离子扩散到膜层中形成新的杂质影响了薄膜的抗激光损伤阈值;经过真空退火处理的薄膜能够很好的使得薄膜中吸附的O2与水蒸汽解吸放出,减少了薄膜中所含杂质并且退火处理使得薄膜有重结晶趋势优化了薄膜的组织结构,这都使得薄膜的抗激光损伤阈值得到了提高。
摘要第5-6页
Abstract第6页
第一章 绪论第13-18页
    1.1 光学薄膜技术及其在国内外的发展情况第13-15页
    1.2 抗激光损伤薄膜的国内外研究状况第15-17页
    1.3 本课题的来源、目的及主要研究内容第17-18页
第二章 抗激光损伤膜系的基本原理及设计计算第18-34页
    2.1 光学薄膜的基本原理及计算第18-26页
        2.1.1 从光的电磁理论导出的菲涅耳公式第18-21页
        2.1.2 应用菲涅尔系数的计算方法第21-23页
        2.1.3 单层增透膜的设计计算第23-24页
        2.1.4 多层增透膜系的设计计算第24-26页
    2.2 抗激光损伤增透膜系的设计及计算机模拟计算第26-34页
        2.2.1 抗激光损伤增透膜系的总体要求及膜材分析第26-27页
        2.2.2 膜系的初步设计计算第27页
        2.2.3 膜系光学性能的影响因素及计算机模拟设计第27-34页
            2.2.3.1 光学薄膜的驻波场第28-29页
            2.2.3.2 光学薄膜的温度场第29-31页
            2.2.3.3 光学薄膜的计算机模拟设计第31-34页
第三章 电子束蒸发离子束辅助镀膜技术及镀膜设备第34-43页
    3.1 真空电子束蒸发离子束辅助沉积镀膜的原理第34-38页
    3.2 镀膜设备第38-43页
第四章 ZrO_2/SiO_2薄膜的制备及退火处理第43-48页
    4.1 ZrO_2/SiO_2薄膜试样的制备流程第43-47页
    4.2 ZrO_2/SiO_2薄膜的真空退火第47-48页
第五章 ZrO_2/SiO_2薄膜的微组织结构及光学性能分析第48-60页
    5.1 ZrO_2/SiO_2薄膜样品的表面质量、膜层牢固度及环境试验第48-49页
        5.1.1 表面质量试验第48页
        5.1.2 膜层牢固度试验第48-49页
        5.1.3 环境试验第49页
    5.2 对ZrO_2/SiO_2薄膜组织结构和成分的分析第49-60页
        5.2.1 原子力显微镜(AFM)表面形貌分析第49-52页
        5.2.2 X射线光电子能谱仪(XPS)成分分析第52-55页
        5.2.3 X射线衍射分析第55-58页
        5.2.4 光学性能分析第58-60页
第六章 ZrO_2/SiO_2薄膜的激光损伤阈值测试第60-67页
    6.1 激光对物质作用的机理第60页
    6.2 对ZrO_2/SiO_2薄膜抗激光损伤阈值的测试技术第60-64页
        6.2.1 抗激光损伤阈值的国际标准第60-62页
        6.2.2 抗激光损伤阈值的测试原理第62-63页
        6.2.3 抗激光损伤阈值的测试结果第63-64页
    6.3 对ZrO_2/SiO_2薄膜抗激光损伤阈值测试结果的分析第64-67页
第七章 总结第67-69页
    7.1 工作总结第67页
    7.2 工作展望第67-69页
参考文献第69-72页
个人论文第72-73页
附录第73页
    规整膜系反射率的计算程序第73页
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论文编号ABS1827493,这篇论文共73页
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