波长 1064nm 脉冲激光高阈值反射膜的研制

波长 1064nm 脉冲激光高阈值反射膜的研制

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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。

摘要：本研究聚焦于波长 1064nm 脉冲激光高阈值反射膜的研制。通过对多种镀膜材料和沉积工艺的筛选与优化，采用电子束蒸发和离子辅助沉积相结合的技术，在特定基底上成功制备出高性能反射膜。对所制备反射膜的光学性能、抗激光损伤性能等进行**表征，结果显示在 1064nm 波长处，反射率大于 99.5%，抗激光损伤阈值高达 80 J/cm² 以上，满足高功率脉冲激光系统的严苛应用需求，为相关领域的技术发展提供了关键支撑。

一、引言

在高功率脉冲激光系统中，如激光核聚变装置、高能量密度物理实验设备以及工业高功率激光加工系统等，反射膜作为精密操纵激光束传输的关键元件，其性能优劣直接决定了整个系统的输出能量和光束质量。1064nm 波长的脉冲激光在众多领域有着广泛应用，如 Nd:YAG 激光器常输出此波长激光用于材料加工、医疗美容等。然而，在高功率脉冲激光环境下，普通反射膜极易受到激光损伤，导致反射性能下降甚至完全失效，严重制约了系统的稳定性和可靠性 。因此，研制具备高反射率和高抗激光损伤阈值的 1064nm 反射膜成为该领域的研究热点与关键挑战 。

高抗激光损伤阈值的反射膜要求膜层具备极低的缺陷密度、良好的微观结构均匀性以及较高的致密度，以有效承受高能量密度激光的冲击。同时，在保证高损伤阈值的前提下，还需实现高反射率，确保激光能量的高效反射与利用。本研究旨在通过优化镀膜材料选择、改进沉积工艺等手段，研制出适用于 1064nm 脉冲激光的高性能高阈值反射膜。

二、实验部分

2.1 镀膜材料选择

综合考虑材料的光学特性、热稳定性、机械性能以及与激光相互作用特性等因素，选用 HfO₂作为高折射率材料，SiO₂作为低折射率材料 。HfO₂具有较高的折射率（在 1064nm 处约为 2.0 - 2.1），且在该波长范围内吸收较小，其自身抗激光损伤性能较好 。SiO₂折射率较低（在 1064nm 处约为 1.45），化学稳定性高，与 HfO₂组合可形成较为理想的高低折射率交替膜系 。此外，选择表面粗糙度小于 1nm 的 K9 玻璃作为基底材料，其具有良好的光学均匀性和机械稳定性，能够为反射膜的生长提供上等基础 。

2.2 沉积工艺

采用电子束蒸发和离子辅助沉积相结合的技术（IAD - EB）进行薄膜制备 。实验在 Leybold 公司的 APS1504 镀膜机中进行，首先利用机械泵和 ROOTS 泵将真空室抽至 8Pa 的气压，再通过冷凝泵进一步将气压降至 1.0×10⁻³ Pa 以下 。基片由真空室内底部的四个石英加热器进行加热，由于电子束加热源材料时产生的辐射热，会导致真空室内温度存在一定漂移，但当设定加热温度在 200℃以上时，温度漂移不超过 8℃ 。从室温加热到 200℃以上时，真空室内气压会因出气而上升近 2 个量级，因此加热到设定温度后需等待 5 - 6 小时，直至气压重新降回 1.0×10⁻³ Pa 以下方可进行镀膜 。

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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。

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