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超强激光科学卓越创新简报

(第四百三十八期)

2023年10月26日

上海光机所采用两步变温沉积揭示基底亚表面缺陷诱导激光薄膜损伤机制

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室在基于两步变温沉积法探究基底亚表面杂质缺陷对分光薄膜激光损伤阈值（LIDT）的影响机制方面取得进展。相应研究成果以“Effect of subsurface impurity defects on laser damage resistance of beam splitter coatings”为题，发表于High Power Laser Science and Engineering上。

激光薄膜是高功率激光系统的关键元件，其抗激光损伤性能直接影响着高功率激光系统的输出功率。对于透射型激光薄膜，一定的透过率会使薄膜与基底界面处的光强更强。另外，电子束蒸发等物理气相沉积过程常需要对基底加热，使得基底亚表面杂质缺陷容易在加热过程中析出并在表面聚集，从而在激光辐照下诱发薄膜损伤。目前，对基底亚表面杂质缺陷的研究主要集中在来源及成分的分析、对LIDT的影响分析以及杂质的抑制消除三个方面。关于基底亚表面杂质缺陷对透射型薄膜LIDT的影响机制仍有待进一步研究。

研究人员通过两步变温沉积法探究了基底亚表面杂质缺陷对分光薄膜LIDT的影响机制，及其与薄膜沉积温度之间的关系。研究了不同热处理工艺对空白基底表面形貌和亚表面杂质元素分布的影响。对比研究了四种由不同沉积温度制备的分光薄膜的性能。结果表明，基底的亚表面杂质缺陷在热处理过程中会向基底表面迁移并聚集，形成吸收性缺陷源或节瘤缺陷种子，降低分光膜的LIDT。在膜层材料可以得到充分氧化的前提下，使用较低的沉积温度有助于提高分光薄膜的LIDT。明确基底亚表面杂质缺陷对分光薄膜损伤性能的影响机制，可以为其它透射型激光薄膜阈值提升提供参考。

相关工作得到了国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会基金、中国科学院战略性先导科技专项、上海市科技计划项目等支持。

原文链接

图1 四种分光薄膜的单脉冲激光诱导损伤概率曲线（入射激光：1064 nm，9 ns，45°入射，s偏振）

图2（A）模拟分析纳米级吸收性缺陷的密度对激光诱导膜层温升的影响；（B）模拟分析纳米级缺陷的尺寸和吸收特性对激光诱导膜层温升的影响；（C）模拟分析纳米级缺陷的尺寸和吸收特性对膜层电场分布的影响

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