2-55 波长1064nm脉冲激光超高阈值反射膜

付雄鹰 孔明东 胡建平 范正修

　　随着高功率激光器对输出功率的要求越来越高, 同时要求激光器件的小型化, 这显然将光学元件承受的激光功率密度逐渐推向极限，特别是对激光薄膜的要求更亦如此，这就要求光学薄膜的抗激光损伤阈值要求达到30J/cm²(1064nm,1ns)。

　　为研制如此超高阈值的反射膜，实验中f 40mm K9玻璃基片表面粗糙度均小于1nm，镀膜前均用超声波清洗机进行超净清洗，工艺流程为：三氯乙烯超声洗®中性洗剂超声洗®纯水喷淋洗®超纯水(12~15MW×cm)超声洗®IPA（化学纯的异丙醇或酒精）超声脱水®IPA漂洗®F113蒸气洗及干燥。交替沉积的高、低折射率源材料为HfO₂/SiO₂，涂膜实验在APS1504镀膜机进行。

　　本底真空均抽至0.23mPa，基片温度加热至220℃，膜系为G/(HL)¹¹H2L/A的 HfO₂/SiO₂多层高反射膜，分别采用反应蒸镀和反应等离子辅助沉积。实验参数如下：对于反应蒸镀情形，HfO₂膜层的沉积速率为0.45nm/s，导入真空室的高纯氧气流量为15sccm；SiO₂膜层的沉积速率为0.5nm/s，导入真空室的氧气流量为6sccm。

　　对于反应等离子辅助沉积情形，HfO₂膜层的沉积速率为0.5nm/s，氧气导入流量为15sccm，等离子源参数为：偏压150V，放电电流50A，氩气流量17sccm；SiO₂膜层的沉积速率为0.5nm/s，导入真空室的氧气流量为6sccm，等离子源参数为：偏压160V，放电电流60A，氩气流量24.0sccm。

　　上述两种工艺制备的HfO₂/SiO₂高反射膜样品，用Lamada19分光光度计测得其光谱性能指标为：中心波长l=1064nm处，反射率R均大于99.5%。实验镀制的高反射膜样片的阈值测量在激光损伤阈值测试装置上进行，测试条件为：激光波长1064nm，脉宽5ns，以激光强度1/e测量光斑直径，测得反应蒸镀和反应等离子辅助沉积反射膜阈值分别为60 J/cm²和7.56J/cm²，若按Dµt^0.35关系, D为激光诱导损伤阈值，t为脉冲激光脉宽，将5ns脉宽测量阈值折算到1ns脉宽，其对应阈值分别为34 J/cm² 和4.3J/cm²。

　　以上结果表明，反应蒸镀的高反射膜比反应等离子辅助沉积的反射膜阈值高，为此用反应蒸镀G/(HL)¹¹H2L/A膜系的HfO₂/SiO₂反射膜可制备出神光Ⅲ单路原形装置所需的部分超高阈值反射膜。