專利名稱：一種提高減反射膜激光損傷閾值的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)薄膜領(lǐng)域，特別是一種提高減反射薄膜激光損傷閾值的制備方法。
背景技術(shù)：
在激光系統(tǒng)領(lǐng)域，高損傷閾值激光薄膜是強(qiáng)激光系統(tǒng)中關(guān)鍵元件之一，也是大激光裝置設(shè)計(jì)中關(guān)鍵因素之一，其損傷閾值及損傷特性是限制強(qiáng)激光技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的重要瓶頸和影響激光系統(tǒng)穩(wěn)定性和使用壽命的重要因素之一。在激光系統(tǒng)中，減反射膜必須承受和高反射膜一樣高的能量，但是在實(shí)際應(yīng)用中減反射膜的抗激光損傷閾值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高反射膜的閾值。通過對(duì)減反膜損傷機(jī)制的研究發(fā)現(xiàn)，引起其損傷的主要因素是基板亞表面處存在的納米吸收中心，當(dāng)激光輻照元件到達(dá)納米吸收中心時(shí)，其能量會(huì)被納米吸收中心吸收產(chǎn)生等離子體進(jìn)而對(duì)元件破壞。這些納米吸收中心主要來自基板在拋光過程中隱藏在表面或亞表面處的劃痕或裂紋中的拋光液殘留。因此，對(duì)于納秒激光作用下的減反射薄膜而 言，最有效的能夠提升其損傷閾值的方式是在鍍制薄膜之前，采取措施盡量減少甚至消除隱藏在基板亞表面處的納米吸收中心。有眾多的學(xué)者提出了可以制備高損傷閾值的增透膜的方法，但是都局限在薄膜的制備方面，沒有從激光損傷誘因的控制上出發(fā)，沒有對(duì)薄膜的載體基板進(jìn)行預(yù)處理。因此，這些眾多薄膜的制備技術(shù)并不能有效提升減反射薄膜的損傷閾值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了提升減反射薄膜的激光損傷閾值，提供了一種能夠從控制減反射薄膜損傷誘因作為出發(fā)點(diǎn)的提高減反射薄膜激光損傷閾值的制備方法，該方法可以極大幅度提高減反射薄膜的激光損傷閾值，而且具有針對(duì)性強(qiáng)、品質(zhì)高、簡單易行的特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種提高減反射薄膜激光損傷閾值的薄膜制備方法，具體步驟如下
(1)將基板清洗干凈，采用高純氮?dú)獯蹈珊蠓湃脲兡C(jī)；
(2)控制鍍膜機(jī)內(nèi)真空室的本底真空度為IX10_3Pa 6X 10_3Pa ；
(3)鍍膜開始前，先用離子源對(duì)基板表面進(jìn)行轟擊刻蝕，時(shí)間為50-70分鐘，離子源發(fā)射的是氬離子和氧離子，控制氧氣流量為30 50SCCm，氬氣流量為5 40SCCm，電壓為200V 1200V,電流為 200mA IlOOmA ；
(4)將基板加熱至140-155度，并恒溫70-90分鐘后采用電子束蒸發(fā)方式鍍制減反射薄
膜；
(5)待真空室冷卻至室溫后取出鍍制好的樣品。本發(fā)明中，所述的基板可以是光學(xué)玻璃，也可以是晶體。本發(fā)明中，鍍膜開始前對(duì)基板用離子源進(jìn)行轟擊刻蝕時(shí)，控制氧氣流量為40sCCm，氬氣流量為30sccm，電壓為1100V，電流為1000mA。
本發(fā)明中，所使用的鍍制減反射薄膜采用物理方法或采用化學(xué)方法。本發(fā)明的核心是利用離子源發(fā)射的高密度氬離子和氧離子對(duì)鍍膜使用的基板進(jìn)行離子束刻蝕。這一方式的優(yōu)點(diǎn)在于此種刻蝕方式是非機(jī)械接觸、速度平穩(wěn)、拋光均勻的刻蝕方式，既可以克服傳統(tǒng)機(jī)械式拋光引起的拋光液殘留問題，又可以避免化學(xué)方式刻蝕引起基板劃痕或裂紋被放大引起酸殘留或拋光液團(tuán)聚現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)由于此種刻蝕方式速度平穩(wěn)、拋光均勻的特性，基板通過此種刻蝕處理后，表面粗糙度可以保持和初始值一樣，并且整個(gè)表面是均勻刻蝕，而刻蝕的深度也可以精確控制。除此之外，離子源產(chǎn)生的氧離子具有更高的活性，在去除納米吸收中心的同時(shí)，還可以使部分納米吸收中心氧化。綜上所述，納秒激光減反射薄膜最核心的關(guān)鍵點(diǎn)——納米吸收中心可以通過這一方法得到有效地抑制和消除，最終使減反射薄膜的損傷閾值得到顯著地提高。本發(fā)明的技術(shù)效果如下
1.可有效降低減反射薄膜用基板表面和亞表面處納米吸收中心的堆積密度和本征吸收，基板經(jīng)過離子源刻蝕過的薄膜的弱吸收測量有明顯降低；
2.可有效提高減反射薄膜的損傷閾值。對(duì)比了基板有無使用離子源刻蝕的薄膜的激光損傷閾值，發(fā)現(xiàn)使用本發(fā)明方法鍍制出的薄膜的閾值有大幅度的提高；
3.本發(fā)明方法經(jīng)濟(jì)易行。此方法可利用鍍膜設(shè)備中進(jìn)行離子輔助的設(shè)備，不必額外添置新的設(shè)備，費(fèi)用低廉。此外，該方法在鍍膜設(shè)備真空室內(nèi)與鍍膜同時(shí)完成，操作簡單易行；
4.本發(fā)明方法針對(duì)性強(qiáng)、品質(zhì)高、效率快。此方法直接針對(duì)引起減反射膜激光損傷最關(guān)鍵的因素而對(duì)基板進(jìn)行改善處理，針對(duì)性強(qiáng)，直接在鍍膜前將問題解決，避免了成膜后處理效率低的缺點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1 :以石英玻璃作為基板，首先將其放入清洗液中超聲清洗7分鐘，再用去離子水洗凈，取出后用高純氮?dú)獯蹈?，然后放入鍍膜設(shè)備中工件架上；設(shè)備為日本光馳0TFC-1300鍍膜機(jī)，配置離子源為17cm射頻離子源?？刂棋兡C(jī)內(nèi)真空室的本底真空為I X KT3Pa 6X KT3Pa ;鍍膜開始前，先用離子源對(duì)基板表面進(jìn)行轟擊刻蝕，離子源發(fā)射的是氬離子和氧離子，控制氧氣流量為30SCCm，氬氣流量為40SCCm，電壓為1100V，電流為900mA ;轟擊刻蝕經(jīng)歷60分鐘后停止。將基板加熱至150度，并恒溫80分鐘后采用電子束熱蒸發(fā)的方式鍍制工作在1064nm處的減反射薄膜；待真空室冷卻至室溫后取出鍍制好的樣品。將經(jīng)過此方法制備的薄膜和未經(jīng)此方法制備的減反射薄膜進(jìn)行對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，與未經(jīng)過離子束刻蝕處理的樣品相比，薄膜的弱吸收分別為20ppm和6ppm ;薄膜1064nm的激光損傷閾值則分別為22J/cm2和34J/cm2。實(shí)施例2:
以K9薄膜作為基板，首先將其放入清洗液中超聲清洗7分鐘，再用去離子水洗凈，取出后用高純氮?dú)獯蹈?，然后放入鍍膜設(shè)備中工件架上；設(shè)備為日本光馳0TFC-1300鍍膜機(jī)，配置離子源為17cm射頻離子源?？刂棋兡C(jī)內(nèi)真空室的本底真空為lX10_3Pa 6X10_3Pa ；鍍膜開始前，先用離子源對(duì)基板表面進(jìn)行轟擊刻蝕，離子源發(fā)射的是氬離子和氧離子，控制氧氣流量為30sccm，氬氣流量為40sccm，電壓為1100V，電流為900mA ;轟擊刻蝕經(jīng)歷70分鐘后停止。將基板加熱至150度，并恒溫80分鐘后采用電子束熱蒸發(fā)的方式鍍制工作在1064nm處的減反射薄膜；待真空室冷卻至室溫后取出鍍制好的樣品。將經(jīng)過此方法制備的薄膜和未經(jīng)此方法制備的減反射薄膜進(jìn)行對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，與未經(jīng)過離子束刻蝕處理的樣品相比，薄膜的弱吸收分別為30ppm和IOppm ;薄膜1064nm的激光損傷閾值則分別為18J/cm2和 28J/cm2。
權(quán)利要求
1.一種提高減反射膜激光損傷閾值的制備方法，其特征在于具體步驟如下 (1)將基板清洗干凈，采用高純氮?dú)獯蹈珊蠓湃脲兡C(jī)； (2)控制鍍膜機(jī)內(nèi)真空室的本底真空度為IX10_3Pa 6X 10_3Pa ； (3)鍍膜開始前，先用離子源對(duì)基板表面進(jìn)行轟擊刻蝕，時(shí)間為50-70分鐘，離子源發(fā)射的是氬離子和氧離子，控制氧氣流量為30 50SCCm，氬氣流量為5 40SCCm，電壓為200V 1200V,電流為 200mA IlOOmA ； (4)將基板加熱至140-155度，并恒溫70-90分鐘后采用電子束蒸發(fā)方式鍍制減反射薄膜； (5)待真空室冷卻至室溫后取出鍍制好的樣品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于鍍膜開始前對(duì)基板用離子源進(jìn)行轟擊刻蝕時(shí)，控制氧氣流量為40sccm，氬氣流量為30sccm，電壓為1100V，電流為1000mA。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的基板采用光學(xué)玻璃或晶體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所使用的鍍制減反射薄膜采用物理方法或采用化學(xué)方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高減反射膜激光損傷閾值的制備方法，該方法屬于薄膜光學(xué)領(lǐng)域，主要針對(duì)減反射激光薄膜中引起損傷發(fā)生的關(guān)鍵因素——基板表面及亞表面處的納米吸收中心，在薄膜制備前，采用高能離子束對(duì)基板進(jìn)行轟擊刻蝕處理，此方法既可以克服傳統(tǒng)機(jī)械式拋光引起的拋光液殘留問題，又可以避免化學(xué)方式刻蝕引起基板劃痕或裂紋被放大引起酸殘留或拋光液團(tuán)聚現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)刻蝕深度和表面粗糙度可以精確控制，非常高效地降低了納米吸收中心的密度，大大提高了減反射薄膜的激光損傷閾值，而且具有針對(duì)性強(qiáng)、品質(zhì)高、簡單易行的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C23C14/02GK103014616SQ20121050727
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者焦宏飛, 王利, 鮑剛?cè)A, 程鑫彬, 馬彬, 王占山 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)