[发明专利]一种355nm高阈值高反膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光学薄膜领域，具体涉及一种355nm纳秒激光用高阈值高反射薄膜的镀制方法。

背景技术

在高功率激光系统领域，355nm高损伤阈值高反膜是强激光系统中关键元件之一，也是大激光装置设计中关键因素之一，其损伤阈值及损伤特性是限制强激光系统性能进一步改善的重要瓶颈，也是直接影响激光系统稳定性和使用寿命的重要因素之一。大量针对355nm激光高反膜损伤机制的理论和实验研究表明，对于纳秒激光系统所用光学薄膜而言，决定其损伤阈值高低的根本因素是镀膜材料本身的能带隙大小。LaF₃和MgF₂具有较大的能带隙，大于常用的HfO₂和SiO₂，是理想的高阈值薄膜材料。但采用传统的蒸发方式，比如热蒸发和溅射等，这两种氟化物都具有很大的应力，薄膜较厚时容易发生膜裂或起皱，从而影响光谱和阈值；薄膜较薄时，虽然不易破裂或起皱，但反射率不够，无法满足使用。在常用的低折射率材料中，SiO₂的能带隙最接近于MgF₂，且具有良好的压应力。鉴于此，现有技术将两者结合在一起，成功获得了氧化物和氟化物的混合膜系。具体的膜系设计为：将采用传统热蒸发技术制备的氟化物膜堆(LaF₃/MgF₂)作为内层膜堆以获得氟化物薄膜优越的光谱性能以及较高的损伤阈值，将采用高能沉积技术制备的氧化物薄膜Si0₂作为外层保护膜以补偿应力，但同时电场最大值也分布在SiO₂膜层内，导致损伤最容易从外层发生而降低薄膜阈值。综上所述，对于氟化物材料而言，虽然具有作为355nm高阈值高反膜材料的良好潜能，但受限于本身的应力特性，无法得到良好的高反射光谱，从而限制了氟化物在抗激光损伤薄膜中的应用。

发明内容

本发明从限制氟化物薄膜光谱和抗激光损伤特性提升的最关键因素-应力入手，提供了一种355nm高阈值氟化物高反薄膜的镀制方法，主要针对LaF₃/MgF₂高反膜中限制薄膜机械特性进而影响光学特性和阈值的关键因素——张应力，采用热舟蒸发技术蒸镀氟化物，在每次镀完LaF₃后，采用高能沉积技术镀制一定厚度的SiO₂。相对于传统的电子束蒸发和溅射蒸发，本发明不仅可以保证氟化物薄膜中化学计量比的平衡，而且具有应力相对较小的特性；在氟化物膜层中插入一定厚度高能粒子轰击的SiO₂膜层，可以在尽可能保持LaF₃/MgF₂高反膜光谱特性和抗激光损伤特性的同时，很好的补偿膜层中的张应力，降低薄膜的整体应力，从而得到良好的高反射率。本发明具有针对性强、效率高、品质高、简单易行的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种提高光学薄膜激光损伤阈值的镀膜方法，具体步骤如下：

（1）将基板清洗干净，采用高纯氮气吹干后放入镀膜机；

（2）控制镀膜机内真空室的本底真空度小于1×10^-3Pa；

（3）将基板加热至180-200度，并恒温70-90分钟；

（4）采用热舟蒸发法镀制LaF₃和MgF₂，蒸镀LaF₃的速率为0.32nm/s，蒸镀MgF₂的速率为0.7nm/s；

（5）采用高能沉积技术制备SiO₂层，控制蒸镀速率为0.5nm/s，氧分压为4.5E^-2Pa；

（6）待真空室冷却至室温后取出镀制好的样品。

本发明中，所述基板可以是光学玻璃，也可以是晶体。