一種提高Tm激光器腔鏡用薄膜損傷閾值的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提高Tm激光器腔鏡用薄膜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2μm波段Tm激光器腔鏡用薄膜的瓶頸——薄膜的水吸收。2μm波段的激光處于水和水蒸氣的強(qiáng)吸收區(qū)，且包含1.94μm、2.09μm和2.94μm等水吸收峰，已有的研究表明造成2μm波段激光薄膜損傷閾值低的主要因素就是薄膜內(nèi)的水吸收。本發(fā)明通過采用離子源輔助沉積技術(shù)，離子源電壓范圍為600V~900V，同時采用金屬Hf和石英環(huán)SiO2兩種鍍膜源材料，沉積速率分別為0.15nm/s和1nm/s，可以減少薄膜中吸收水的含量，甚至使薄膜中沒有水，從而提供了一種提高Tm激光器腔鏡用薄膜損傷閾值的制備方法。該方法可以極大幅度提高Tm激光器腔鏡用薄膜的激光損傷閾值，而且具有針對性強(qiáng)、效率高、簡單易行的特點(diǎn)。
【專利說明】一種提高Tm激光器腔鏡用薄膜損傷閾值的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于薄膜光學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種提高Tm激光器腔鏡用薄膜損傷閾值的 制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 中紅外波段的2Mffl激光光源由于其波長的特殊性，可被廣泛用于光電對抗、激光 雷達(dá)、激光成像、環(huán)境監(jiān)測、激光醫(yī)療、光學(xué)通信等領(lǐng)域。中心波長為2.0 Mm的連續(xù)銩（Tm) 激光器非常適合應(yīng)用在生物組織切割和疼痛神經(jīng)刺激研究領(lǐng)域。這個波段的激光對皮膚 組織的穿透深度淺，在普通石英光纖中有良好的傳輸特性，而且對人眼安全。然而Tm激 光器腔鏡用薄膜的低損傷閾值是限制Tm激光器向高能量發(fā)展的瓶頸，這會直接影響激光 系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用壽命。2 μ m波段的激光處于水和水蒸氣的強(qiáng)吸收區(qū)，且包含1. 94 μ m、 2. 09 μ m和2. 94 μ m等水吸收峰，目前對于2 μ m波段的激光薄膜損傷研究較少，已有的研究 表明造成該波段激光薄膜損傷閾值低的主要因素是薄膜內(nèi)的水吸收。通過以上分析可知， 有效控制激光薄膜的整體吸收以及薄膜內(nèi)水的含量，可提高2 μ m波段Tm激光器腔鏡用薄 膜的損傷閾值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種提高Tm激光器腔鏡用薄膜損傷閾值的制備方法，本 發(fā)明針對2 μ m波段Tm激光器腔鏡用薄膜的瓶頸--薄膜的水吸收，通過采用離子源輔助 沉積技術(shù)，離子源的電壓范圍為600V~900V，同時采用金屬Hf和石英環(huán)Si0 2兩種鍍膜源材 料，沉積速率分別為0. 15nm/s和lnm/s，可以在控制薄膜整體吸收的前提下，有效減少薄膜 中水的含量，甚至使薄膜中沒有水，提高Tm激光器腔鏡用薄膜損傷閾值。該方法可以極大 幅度提高Tm激光器腔鏡用薄膜的激光損傷閾值，而且具有針對性強(qiáng)、效率高、簡單易行的 特點(diǎn)。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下： 一種提高Tm激光器腔鏡用薄膜激光損傷閾值的鍍膜方法，具體步驟如下： (1)將基板清洗干凈，然后利用高純氮?dú)獯蹈珊蠓湃脲兡C(jī)； ⑵控制鍍膜機(jī)內(nèi)本底真空度為IX l(T3Pa?6X l(T3Pa，將基板加熱至200°C，并恒溫 80分鐘； (3) 采用電子束交替蒸發(fā)金屬Hf和石英環(huán)Si02，即用電子束轟擊金屬Hf或石英環(huán) Si02，使金屬Hf溫度升高先變成液態(tài)再變成氣態(tài)并蒸發(fā)到基板上，石英環(huán)Si0 2溫度升高直 接變成氣態(tài)并蒸發(fā)到基板上；每鍍制一層Hf〇2或Si02薄膜的同時都用離子源輔助沉積，控 制離子源電壓為60(T900V ;蒸發(fā)Hf02時的氧分壓為4. 0E_2Pa，速率為0. 15nm/s，蒸發(fā)Si02 時的氧分壓為1. 〇E-2Pa，速率為lnm/s ; (4) 重復(fù)步驟（3)交替鍍膜，至最后一層膜鍍制結(jié)束； (5) 待真空室內(nèi)溫度自然冷卻至室溫后取出鍍制好的樣品。
[0005] 本發(fā)明中，所述的基板可以是光學(xué)玻璃，也可以是晶體。
[0006] 本發(fā)明的核心是通過在電子束蒸發(fā)的基礎(chǔ)上，采用離子源輔助沉積，離子源的電 壓范圍為600V~900V ;同時薄膜源材料選用金屬Hf和石英環(huán)Si02，Hf02和Si02有較高的能 帶隙，損傷特性好；蒸鍍Hf0 2時的氧分壓為4. 0E<Pa，速率為0. 15nm/s，蒸鍍Si02時的氧分 壓為1. 0E，a,速率為lnm/s。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)效果如下： 1.可有效提高2 μ m波段Tm激光器腔鏡用薄膜的激光損傷閾值，改善后的Tm激光器腔 鏡用薄膜的閾值大幅度提高。
[0008] 2.本發(fā)明方法經(jīng)濟(jì)易行。通過改變離子源電壓范圍，就可以得到吸收小且致密無 水的激光薄膜，易于操作。
[0009] 3.本發(fā)明方法針對性強(qiáng)和效率高的特點(diǎn)。此方法直接針對限制2 μ m波段Tm激光 器腔鏡用薄膜的瓶頸一薄膜的水吸收，極大改善了薄膜的損傷閾值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1為Tm激光器腔鏡用薄膜光譜；a)離子源電壓600V，2020nmHR，b)離子源電 壓 900V，2020nm T=10% ; 圖2為Tm激光器腔鏡用薄膜傅里葉紅外光譜；a)離子源電壓600V，2020nmHR，b)離 子源電壓 900V，2020nm T=10%。

【具體實(shí)施方式】
[0011] 通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，如下： 實(shí)施例1 : 鍍制Tm激光器腔鏡用薄膜，要求在2020nm處高反。鍍制方法如下： 以熔融石英JGS1作為基板，首先將其放入清洗液中超聲清洗15分鐘，取出后用高純 氮?dú)獯蹈桑缓蠓湃脲兡C(jī)中的工件架上；將基板加熱至200°C，恒溫80分鐘；當(dāng)鍍膜機(jī) 內(nèi)本底真空度小于1 X l(T3pa時，采用電子束交替蒸發(fā)金屬Hf和石英環(huán)Si02，每鍍制一層 Hf02或Si02薄膜的同時都用離子源輔助沉積，離子源電壓為600V ;蒸鍍Hf02時的氧分壓為 4. 0E_2Pa，速率為0. 15nm/s，蒸鍍Si02時的氧分壓為1. 0E_2Pa，速率為lnm/s。蒸鍍完成后， 樣品在真空室內(nèi)自然冷卻至室溫，然后開門取出樣品。
[0012] 測得光譜如圖1 a)所示，在2020nm處反射率大于99. 7%;對薄膜進(jìn)行紅外光譜測 量，得到在3400CHT1處沒有水吸收，如圖2 a)，說明離子源電壓為600V時鍍制的薄膜致密 且不含有水。2020nm抗激光損傷閾值為llOMw/cm2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于以前的損傷閾值75Mw cm2。
[0013] 實(shí)施例2: 鍍制Tm激光器輸出耦合鏡薄膜，要求在2020nm處透過率為10%。鍍制方法如下： 以熔融石英JGS1作為基板，首先將其放入清洗液中超聲清洗15分鐘，取出后用高純 氮?dú)獯蹈?，然后放入鍍膜機(jī)中的工件架上；基板溫度為200°C，恒溫80分鐘；當(dāng)鍍膜機(jī)本底 真空度小于1 X l(T3Pa時，采用電子束交替蒸發(fā)Hf02和Si02，每鍍制一層Hf0 2或Si02薄膜 的同時都用離子源輔助沉積，離子源電壓為900V ;蒸鍍Hf02時的氧分壓為4. 0E_2Pa，速率為 0. 15nm/s，蒸鍍Si02時的氧分壓為1. 0E，a，速率為lnm/s。蒸鍍完成后，樣品在真空室內(nèi) 自然冷卻至室溫，然后開門取出樣品。
[0014] 測得光譜如圖1 b)所示，在2020nm處透射率為10% ;對薄膜進(jìn)行紅外光譜測量， 同樣得到在3400CHT1處沒有水吸收，如圖2 b)，說明離子源電壓為900V時鍍制的薄膜致密 且不含有水。2020nm抗激光損傷閾值為90Mw /cm2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于以前的損傷閾值60Mw /cm2。
【權(quán)利要求】
1. 一種提高Tm激光器腔鏡用薄膜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，然后利用高純氮?dú)獯蹈珊蠓湃脲兡C(jī)； ⑵控制鍍膜機(jī)內(nèi)本底真空度為IX l(T3Pa?6X l(T3Pa，將基板加熱至200°C，并恒溫 80分鐘； (3) 采用電子束交替蒸發(fā)金屬Hf和石英環(huán)Si02，即用電子束轟擊金屬Hf或石英環(huán) Si02，使金屬Hf溫度升高先變成液態(tài)再變成氣態(tài)并蒸發(fā)到基板上，石英環(huán)Si0 2溫度升高直 接變成氣態(tài)并蒸發(fā)到基板上；每鍍制一層Hf〇2或Si02薄膜的同時都用離子源輔助沉積，控 制離子源電壓為60(T900V ;蒸發(fā)Hf02時的氧分壓為4. 0E_2Pa，速率為0. 15nm/s，蒸發(fā)Si02 時的氧分壓為1. 〇E-2Pa，速率為lnm/s ; (4) 重復(fù)步驟（3)交替鍍膜，至最后一層膜鍍制結(jié)束； (5) 待真空室內(nèi)溫度自然冷卻至室溫后取出鍍制好的樣品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的基板是光學(xué)玻璃或是晶體。
【文檔編號】H01S3/02GK104158076SQ201410356514
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】焦宏飛, 趙陽, 鮑剛?cè)A, 馬彬, 程鑫彬, 王占山 申請人:同濟(jì)大學(xué)