[发明专利]一种强激光薄膜及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种强激光薄膜及其制备方法、应用，属于强激光材料技术领域。本发明基于紫外固化的硅酮薄膜，通过控制紫外光引发剂的含量，在实现薄膜固化的同时对处于紫外波段的三倍频激光进行吸收，该薄膜可在基频与倍频处实现高透射，并且能降低三倍频处的透射率。本发明提供的薄膜在基频与倍频波长处具有高的透射率，两者可以同时高于99％。本发明提供的薄膜具有高的三倍频吸收截止能力，其透射率低于90％。

技术领域

本发明涉及强激光材料技术领域，具体涉及一种强激光薄膜及其制备方法、应用。

背景技术

强激光装置要求输出能量足够高的三倍频(351nm)激光光束，然而直接产生高能短波长激光的难度很大，目前只能通过倍频晶体元件将前端产生的长波基频(1053nm)激光转换为倍频(527nm)激光，再通过三倍频晶体元件将其转换为所需的三倍频激光。因此，三倍频晶体元件的入射面需要尽量透射前端产生的基频与倍频激光，使其在穿透晶体自身时被高效转换为三倍频激光，并由出射面输出；同时，由于三倍频激光的频率高、能量强，其反射光会对晶体前端的光学元件造成损伤，因此需要三倍频晶体的入射面还具有三倍频激光的吸收功能，以尽量减少反射的三倍频激光返回至激光装置前端。然而，目前能够具备基频与倍频激光高增透的能力且同时具有三倍频激光吸收功能的激光材料甚少。

发明内容

本发明的目的是提供一种强激光薄膜及其制备方法、应用，以满足强激光装置对三倍频激光输出的要求，并且同时能够透射基频和倍频激光。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种强激光薄膜的制备方法，包括：

(1)将含有环氧基团或甲基丙烯酸酯基团的硅烷类物质与去离子水和乙醇混合，得到预聚体溶胶；

(2)向预聚体溶胶中加入紫外光引发剂混合，得到紫外固化溶胶；

(3)将紫外固化溶胶涂覆于基体表面，涂覆完成后，在紫外线下辐照，得到紫外固化膜；

(4)将纳米SiO₂溶胶涂覆于紫外固化膜上，晾置，制得激光薄膜。

在选材方面，本发明以含有环氧基团或甲基丙烯酸酯基团的硅烷类物质为原料，利用硅烷类物质水解缩合后有较好的抗激光损伤特性，以满足强激光输出，同时硅烷类物质的环氧基团或甲基丙烯酸酯基团能够促使水解缩合反应后在紫外线作用下固化而成膜。硅酮(聚硅氧烷)薄膜不仅制备方法简单高效，对其进行改性调控也易于实现，并且膜层的激光损伤阈值能够满足强激光装置的需求。此外，本发明还引入纳米SiO₂溶胶，利用纳米SiO₂良好的光学特性、力学性能和化学稳定性进一步改善薄膜的透射能力、力学能力和化学稳定性。

在具体制备工艺方面，本发明先将含有环氧基团或甲基丙烯酸酯基团的硅烷类物质与去离子水和乙醇混合制得预聚体溶胶，然后再加入光引发剂；通过预先水解缩合，生成具有一定链长的低聚物的预聚体，其具有一定的交联结构，当其在紫外光引发剂作用下进一步发生交联反应后形成的薄膜具有更高的硬度和强度。如果直接用硅烷类物质单体加光引发剂来制备薄膜的话，只有紫外固化产生的这一种交联，膜层内部的结合作用不足，导致薄膜的硬度和强度低，寿命缩短。此外，本发明利用紫外光引发剂在在紫外光辐照作用下使膜层固化，并且过量光引发剂同时还能吸收351nm(三倍频)的激光，减少反射的三倍频激光返回激光装置前端，从而避免对光学元件的损坏。

进一步地，步骤(1)中，硅烷类物质、去离子水和乙醇的摩尔比为(1-1.2):(3-6):(10-12)。

进一步地，步骤(1)中，混合条件为：在100℃-120℃下反应1.5h-2.5h。

进一步地，硅烷类物质为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。

进一步地，紫外光引发剂的加量为体系总质量的10％-20％。