毫秒激光致光学薄膜损伤阈值的测试与分析VIP免费

2011年第25卷第2期测试技术学报Vol.25�No.2�2011(总第86期)JOURNALOFTESTANDMEASUREMENTTECHNOLOGY(SumNo.86)文章编号:1671�7449(2011)02�0122�06毫秒激光致光学薄膜损伤阈值的测试与分析�戴�罡,陆�建,刘�剑,秦�渊,倪晓武(南京理工大学理学院,江苏南京210094)摘�要:�根据ISO�11254分别测量了脉宽1ms,波长1064nm激光作用下TiO2�SiO2高反膜、增透膜的损伤阈值,结合高分辨率CCD和光学显微镜观测了损伤形貌,分析了毫秒量级激光损伤光学薄膜的损伤机理.结果表明:脉宽1ms激光作用下TiO2�SiO2增透膜的损伤阈值为高反膜的2.4倍,损伤区域为若干分离的损伤点,认为损伤是由膜层中含有的缺陷或杂质引起的.读数显微镜的结果显示,长脉冲激光作用下薄膜元件的损伤厚度为(180�5)�m.研究结果可供脉宽为ms量级的激光与光学薄膜相互作用的基础研究提供参考.关键词:�毫秒激光;激光损伤;损伤阈值;损伤机理中图分类号:�TN244��文献标识码:A����doi:10.3969�j.issn.1671�7449.2011.02.006TheMeasurementandAnalysisofMillisecondLaserInducedDamageofTwokindsofClassicalCoatingComponentsDAIGang,LUJian,LIUJian,QINYuan,NIXiaowu(CollegeofScience,NanjingUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210094,China)Abstract:�LaserinduceddamagethresholdsofTiO2�SiO2highreflectorandanti�reflectorwithpulseduration1ms,wavelength1064nmareinvestigatedaccordingtoISO�11254.ThedamagemorphologiesarerecordedbyCCDwithhighresolution.Themechanismsof1mslaserinduceddamageofopticalcomponentaredis�cussed.Laserinduceddamagethresholdofanti�reflectoris2.4timesofhighreflector,andtheisolateddam�agesoncoatingsshowthatthedamagesareinducedbyimpuritiesorthedefectsincoatings.Thedamagedepthofopticalcomponentis180�5�mbyusingreadingmicroscope.Theseresearchresultsinthepaperwillprovidehelpforthebasicresearchoflongpulselaserinteractionwithopticalcoatings.Keywords:millisecondlaser;laserdamage;damagethreshold;damagemechanism目前,激光技术朝着两个不同方向发展:高峰值功率密度的短脉冲、超短脉冲激光和大能量的长脉冲激光.其中长脉冲激光和短脉冲(ns)、超短脉冲激光(ps或fs)相比在空气中传播时效率更高.只是因为ps和fs激光具有很高的峰值功率密度,因而在空气中传输时易产生光学击穿[1,2]和自聚焦现象[3],而长脉冲激光对应的功率密度远小于108W�cm2,在空气传输的过程中吸收较小,且不会使空气产生电离击穿,也不会发生自聚焦现象,因而传输损耗远小于短脉冲激光.其次,在与材料相互作用过程中,短脉冲激光能够使物体表面的温度瞬时上升到5�103K以上,形成高温高密度的等离子体将屏蔽后续激光.而较低功率密度的长脉冲激光作用在物体上时几乎不形成的等离子体,后续激光几乎不受影响地作用在靶材上,因而长脉冲激光的能量耦合效率高于短脉冲激光.最后,就单脉冲能量而言,长脉冲激光要比�收稿日期:2010�09�29�作者简介:戴�罡(1984�),男,博士生,主要从事长脉冲激光与光学薄膜相互作用的研究.短脉冲激光高数个量级,破坏效果更佳.Boley[4]等人研究了脉宽为0.5ms,单脉冲能量125J,重复频率200Hz的激光作用在航空铝材上的效果,指出当靶材表面有强气流吹过时,航空铝材更容易被击穿.Usov[5]等人等给出了脉宽1~20ms,单脉冲能量20~40J,重复频率1~20Hz激光打孔,深熔焊和切割时的最有效参数.Diener[6]等人研究了脉宽为3ms、功率2000W的脉冲激光对红外Ge透镜的损伤,测量了损伤阈值并分析了损伤机理.另一方面,光学薄膜元件是光学系统中较为薄弱的环节,光学薄膜的损伤能够对光学系统造成严重的破坏.而激光引起的光学薄膜元件的损伤问题已经被持续地研究了很多年,特别是短脉冲激光损伤光学薄膜的研究已经有了大量的报道[7�9].关于长脉冲激光损伤光学薄膜的损伤阈值与损伤机理的研究报道并不多见,因此有必要对长脉冲激光作用下光学薄膜的损伤阈值进行测试,进而分析损伤机理.本文利用物理气相沉积法制备高反膜和增透膜,测量了长脉冲激光作用下高反膜和增透膜光的...