用于制作中心波长800nm宽带脉冲压缩光栅的多层介质高反膜的激光损伤性能的研究.pdfVIP

用于制作中心波长800nm宽带脉冲压缩光栅的 多层介质高反膜的激光损伤性能研究 孔钒宇1,2，陈顺利1,2晋云霞1，刘世杰1关贺元1，2，杜颖1t一，魏朝阳t,2贺洪波1，易葵1 虱科学院上海光学精密机械研究所，中国科学院强激光材料重点实验室，上海201800) (2中国科学院研究生院，北京100049) 通信邮箱：yxjin@siom．ac．crl 摘要：本文介绍了一种用于制造中心波长800nm宽带脉冲压缩光栅的多层介质高反膜，它 采用三种电介质(Ta。0。／SiO。／HfOz)以电子束蒸发的方法制作而成，该高反膜的光学性能达到 了制作光栅的要求。通过对其损伤实验发现，在激光脉宽分别为50fs和150fs的条件下， 用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对这两种情况下的近阈值能量密度损伤形 貌进行分析，从而对其损伤行为进行研究。而且对获得如此高的损伤阈值的原因进行分析。 这种用三种介质制作的高反膜为800nm脉宽压缩光栅的制作打下了坚实的基础，可能也为用 于超短脉冲激光系统中的宽带800nm高反膜提供了新的思路。基于这种高反膜的光栅正在制 作过程中。 关键词；多层介质膜，脉冲压缩光栅，飞秒，激光损伤 脉冲压缩光栅是啁啾放大系统中不可或缺的光学元件之～，其工艺流程主要包括多层介 质膜的制作、掩膜的制作、光栅图形转移、清洗等，所以多层介质高反膜质量关系到最终脉 冲压缩光栅的质量。用于制作光栅的光栅膜必须满足以下三个条件：在使用波长有高的反射 效率而在曝光波长有着较高的透射效率、具有较宽的光谱带宽、高的抗激光损伤能力。 该光栅膜是在精抛光的熔石英基底上用Si02、Hf02和Ta205三种物质以电子束蒸发方法镀 制的，其膜系结构为顶层Hf02(刻蚀层)，紧接着的是Si02匹配层，下面便是数个周期的 Ta205和Si02交替层以达到较高的反射效率。由于制作的光栅的线密度为1960／mm，我们便 规定了其使用角度为57。。因此在此角度下，用光谱仪测量了光栅膜的光性，得到了在中 。入射角，其透射效率约为90％。从上面的光谱测试结果可以看出光栅膜的光学性能能够满 足光栅的制作要求。 我们对光栅膜进行了激光破坏实验以得到它的抗激光损伤特性。在损伤测试平台上分别 用波氏都为800nm，而脉宽为50fs和120rs的激光进行了实验。该实验中用了标准的卜on-1 乖1 S-on一1的溅试方法，以损伤面积外推法…得到在不同实验条件和测试方法下的损伤阈值。 损伤闽值水平如图(1)，以卜On一1测试方式，换算到通鼙方向上的损伤阂值分别大致为 2．4J／cm2(120fs)和1．4 J／cm2(50rs)，随着脉冲数的增加损伤闽值逐渐降低，符合薄膜 与激光相互作用过程中存在的累积效应规律。刚扫描电子显微镜和原子力显微镜对近阈值的 损伤破斑分析发现，卜on-1测试方法下的近阈值损伤破斑都是最上面的三层破坏，这与用 TFcalc软件模拟薄膜内部电场分布(图2)相一致——在最上面的三层内电场峰值较大，最 容易受激光辐照而损伤；而100-on—l希11000一On一1与卜OR一1破斑相比不仅在破斑面积上有 所增加，其破坏深度已经达到基底。 分析发现，由于激光斜入射，光栅膜的内部电场峰值与正入射相比有了比较大的降低， 这是能够拥有如此高的抗激光损伤能力的重要原因。与D．H．Martz等人埋。用 三种材料制作的光栅膜的损伤阈值相对较高，这样的光栅膜为制作具有较高损伤闽值的光栅 提供了一种新的方法和途径。这也给我们制造具有高的抗激光损伤能力的高反膜提供了一个 新的思路，即采用激光斜入射以降低高反膜内部电场峰值的设计方法可以获得较好的结果。 2，8 2．6 2．4 2．2 0 8 J、 E oZ，t6 弓 t4 、-， 8 2 C o1、1 O 三 止 O8 O6 O4 O2 0D