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场强分布与激光薄膜的损伤特性关系研究 李 媛；徐均琪；苏俊宏 （陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室，西安工业大学，西安 710032） 摘要：随着高能量、大功率激光技术的发展，促使激光防护越来越受到国内外研究者的重视，这使 得薄膜的激光损伤特性研究极为重要。如何不断提高光学薄膜元件的激光损伤阈值，始终是提高激 光器应用系统性能的关键。本文对MgF2薄膜的场强分布及损伤特性进行了研究：用计算机辅助模拟 不同薄膜厚度薄膜的场强分布；采用电子束蒸发法技术制备了激光薄膜，用 1064nm的激光器进行激 光薄膜的损伤特性分析，观察样品的损伤情况。研究结果表明：场强分布对薄膜抗激光能力具有显 著的影响。对于MgF2薄膜，界面处较小的场强分布及选择合适的工艺参数，可以进一步提高光学薄 膜的抗激光损伤能力，有助于薄膜激光损伤阈值（LIDT）的提高，从而提高激光系统的抗激光损伤 的能力。 关键词：激光薄膜；激光损伤特性；激光损伤阈值（LIDT）；场强分布 1.前言 激光薄膜是激光器应用系统的关键的光学元件，目前制备具有高损伤阈值的激光薄膜是大功率 激光器应用系统的焦点[1]。然而，随着高功率激光技术的发展，光学薄膜的激光损伤阈值成为激光 器往高功率发展的瓶颈。因此如何不断地提高薄膜的激光损伤阈值成为这一问题突破的关键。而影 响激光损伤阈值的因素很多，其中制备工艺因素有：膜料的蒸发温度、基底温度、沉积参数、气体 分压、吸收、微缺陷及电场分布等[3-8]都对损伤阈值有着影响，而致使激光薄膜损伤的因素往往是综 合效果，而对于薄膜内部的场强分布与激光损伤阈值之间的关系研究报道很少。但是，薄膜的场强 分布确对薄膜的激光损伤阈值有着显著的影响，其具体的研究机理尚不明确，有待进一步的研究探 讨。本文采用相同的沉积参数制备了不同厚度的MgF2薄膜，这些薄膜具有不同的场强分布。对薄膜 的场强分布进行了研究，采用TFCalc软件对薄膜内部的场强分布情况进行了模拟。薄膜的激光损伤 阈值测试采用 1064nm激光器，其工作模式为TEM00，脉宽10nm。 2.实验 本文采用电子束蒸发法在K9 基底上沉积了中心波长是 1064nm的不同厚度MgF 薄膜，沉积的厚度 2 分别是 239.66nm, 319.77nm及 427.27nm MgF2单层膜。为了有效的测试薄膜的损伤特性，薄膜的制 备采用相同的工艺参数：基底用丙酮清洗；沉积温度为 473K；本底真空4.3×10-3 Pa；束流 50mA。 用TFCalc软件模拟薄膜内部的电场分布。表 1 给出了所制备的样片主要参数。采用实验室搭建的测 试平台对薄膜进行了抗激光损伤分析，按照国标ISO 11254，采用 1064nm激光器，脉宽 10nm，其单 脉冲（1Hz，最大 10Hz）能量为 400 mJ，发出直径是 7mm的远场高斯光斑，最大发散角是 1.5mrad， [9] 并在在相同的激光器输出为 800V的能量下对样片进行 1-on-1 辐照 。 3.实验结果及分析 3.1 薄膜的椭偏拟合效果图 采用M-2000UI椭偏仪对薄膜进行了测试，其不同厚度薄膜的拟合的效果图如图1所示。表1 给出 了样片的测试参数。 Generated and Experimental Generated and Experimental 36 9 36 10 34 6 34