SiO?半波覆蓋層對 HfO?/SiO?高反射膜激光損傷的影響

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上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。

摘要：本研究旨在探究 SiO?半波覆蓋層對 HfO?/SiO?高反射膜激光損傷特性的影響。通過電子束蒸發技術制備了具有不同 SiO?半波覆蓋層狀態的 HfO?/SiO?高反射膜樣品，利用 1064nm 脈沖激光器對樣品進行激光輻照實驗，結合掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）等表征手段，分析膜層的損傷形貌、粗糙度變化以及損傷閾值的差異。研究結果表明，合理引入 SiO?半波覆蓋層能夠有效改善高反射膜的抗激光損傷性能，為高功率激光系統中高性能反射膜的設計與制備提供了重要參考依據。

一、引言

在高功率激光系統中，反射膜作為關鍵光學元件，其性能直接關系到系統的輸出能量、光束質量以及穩定性。HfO?/SiO?高反射膜由于其良好的光學性能和相對較高的抗激光損傷能力，在 1064nm 波長的高功率激光應用中得到廣泛使用 。然而，隨著激光技術的不斷發展，對反射膜的抗激光損傷性能提出了更高要求 。激光損傷會導致膜層的反射率下降、光學性能惡化，甚至造成膜層脫落，嚴重影響激光系統的正常運行 。

研究表明，膜層的微觀結構、雜質含量、缺陷分布以及膜層間的界面特性等因素都會對其抗激光損傷性能產生顯著影響。引入覆蓋層是改善膜層性能的一種有效手段。SiO?材料具有化學穩定性高、光學均勻性好、在 1064nm 波長處吸收低等優點，常被用作覆蓋層材料 。本研究通過在 HfO?/SiO?高反射膜表面制備 SiO?半波覆蓋層，系統研究其對高反射膜激光損傷性能的影響，以期為高功率激光系統中反射膜的優化設計提供理論和實驗基礎 。

二、實驗部分

2.1 樣品制備

選用表面粗糙度小于 1nm 的 K9 玻璃作為基底，采用電子束蒸發技術在基底上制備 HfO?/SiO?高反射膜 。HfO?作為高折射率材料，在 1064nm 處折射率約為 2.0 - 2.1；SiO?作為低折射率材料，在該波長處折射率約為 1.45 。依據多層膜干涉理論，設計了以（HL）sH 為結構的膜系，其中 H 代表 HfO?膜層，L 代表 SiO?膜層，s 為周期數，經優化計算確定 s = 15 時，在 1064nm 波長處可實現反射率大于 99.5% 的目標 。

為研究 SiO?半波覆蓋層的影響，制備兩組樣品：一組為未添加 SiO?半波覆蓋層的 HfO?/SiO?高反射膜（樣品 A）；另一組在制備好的 HfO?/SiO?高反射膜表面，利用電子束蒸發技術沉積一層厚度為半波長（對應 1064nm 波長）的 SiO?覆蓋層（樣品 B） 。

2.2 激光損傷測試

采用波長 1064nm、脈寬 5ns、重復頻率 1Hz 的高功率脈沖激光器進行激光損傷測試 。實驗采用 1 - on - 1 測試方法，即對每個測試點僅施加一次激光脈沖 。通過逐漸增加激光能量密度，直至膜層表面出現損傷，記錄此時的激光能量密度作為抗激光損傷閾值 。損傷形貌通過掃描電子顯微鏡（SEM）進行觀察，以分析損傷的特征和程度 。同時，利用原子力顯微鏡（AFM）測量損傷區域及周邊的表面粗糙度，評估激光損傷對膜層表面質量的影響 。

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