[发明专利]一种高激光损伤阈值金刚石镜片及其制备方法

说明书

本申请涉及激光光学领域，公开了一种高激光损伤阈值金刚石镜片及其制备方法，高激光损伤阈值金刚石镜片的制备方法包括以下步骤：在单晶金刚石衬底上沉积一层单晶金刚石薄膜；利用有限元方法设计微柱状结构阵列；在所述单晶金刚石薄膜上镀制一层金属膜；将所述微柱状结构阵列的顶面轮廓图案光刻到所述金属膜上，显影；对所述金属膜表面进行垂直刻蚀；对所述单晶金刚石衬底进行倾斜旋转刻蚀；去除所述微柱状结构上的金属膜。采用本申请制备方法制备得到的高激光损伤阈值金刚石镜片为全金刚石镜片，具有较高的激光损伤阈值，且制备方法简单。

技术领域

本申请涉及激光光学领域，主要涉及一种高激光损伤阈值金刚石镜片及其制备方法。

背景技术

高功率、高能量的激光系统已经在材料加工等领域有了广泛的工业应用，如高精度和高速制造、半导体制造和国防领域，并随着更高的光功率密度应用的发展，对光学组件的性能要求越来越高。常用的高激光损伤阈值光学元件通常使用的材料要求具有高光学带隙、高热力稳定性，如熔石英、二氧化硅（SiO₂）、二氧化铪（HfO₂）和氧化铝（Al₂O₃）等。

激光反射镜通常是由多层介质膜及石英或玻璃基底组成，基底的激光损伤阈值通常是较高的，但由于介质膜的激光损伤阈值较低，因此在基底上镀制多层介质膜后，整体的激光损伤阈值相对基底本身会大幅度下降。而且，由于峰值电场分布主要在介质膜靠近空气界面附近，介质膜区域需要承受的激光电场强度最大，最容易发生损伤。目前已开始研制纯的石英、玻璃或蓝宝石等的激光反射镜，但由于这些材料本身的激光损伤阈值较低，同时在加工过程中也会存在缺陷的引入导致此类激光反射镜的激光损伤阈值较低。

综上，现有的激光反射镜的抗激光损伤阈值不高，所能承载的激光功率密度和能量密度较低，激光反射镜的激光损伤阈值还有待提升。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种高激光损伤阈值金刚石镜片及其制备方法，旨在解决现有激光反射镜的抗激光损伤阈值有待提升的问题。

本申请的技术方案如下：

一种高激光损伤阈值金刚石镜片的制备方法，其中，包括以下步骤：

在单晶金刚石衬底上沉积一层单晶金刚石薄膜；

利用有限元方法设计微柱状结构阵列，所述微柱状结构阵列使所述高激光损伤阈值金刚石镜片满足所需光学效果；

在所述单晶金刚石薄膜上镀制一层金属膜；

在所述金属膜表面旋涂电子束抗蚀剂，将所述微柱状结构阵列的顶面轮廓图案光刻到所述金属膜上，利用显影液进行显影；

对所述金属膜表面进行垂直刻蚀，在所述单晶金刚石衬底上形成多个间隔设置的圆柱状的微结构，然后去除所述电子束抗蚀剂；

对所述单晶金刚石衬底进行倾斜旋转刻蚀，将所述圆柱状的微结构刻蚀为上下两端大中部小的所述微柱状结构；

去除所述微柱状结构上的金属膜。

所述的高激光损伤阈值金刚石镜片的制备方法，其中，所述微柱状结构阵列包括多个微柱状结构，所述微柱状结构由两个圆锥状结构组合而成，呈上下两端大中部小的形状，两个所述圆锥状结构的轴垂直于所述单晶金刚石衬底，两个所述圆锥状结构的顶点端相对且交汇，两个所述圆锥状结构的圆形底面与所述单晶金刚石衬底平行；

所述微柱状结构的最大端面的直径与相邻两个所述微柱状结构之间的间距距离的比例范围在1：4~1：1.8之间。

所述的高激光损伤阈值金刚石镜片的制备方法，其中，所述在单晶金刚石衬底上沉积一层单晶金刚石薄膜的过程，包括以下步骤：