多功能激光薄膜的设计与制备

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传统的光学薄膜只能满足特定的光学性能,在湿热、风沙、强激光及紫外辐射等复杂环境中的使用效果常常大打折扣。本课题解决的是护目镜的多功能薄膜制备问题,集抗紫外、强激光防护以及高憎水性能多功能于一体,可以弥补常规薄膜功能单一,以及雨天视野受限等问题。基于上述,本文设计并制备了一种多功能薄膜器件,其在紫外波段具有较高的截止度,在可见光范围内具有良好的透过率,在1064nm处具有较高的激光防护性能。研究过程中获得主要结论如下:采用电子束热蒸发技术在单抛硅基底上镀制了La Ti O3和Si O2单层膜,并对其光学常数和激光损伤阈值进行了研究分析,结果表明在最佳工艺条件下所制备的La Ti O3单层膜,在波长550nm处的折射率为2.0,消光系数为2.5×10-6;探究了不同沉积温度对La Ti O3单层膜的激光损伤阈值的影响,当沉积温度为180℃,其激光损伤阈值为7.6J/cm~2;所制备的Si O2单层膜,在550nm处的折射率为1.47,消光系数为1.3×10-3,其激光损伤阈值为11.0J/cm~2。探究了不同工艺参数对憎水薄膜的光学常数和憎水特性的影响,研究发现:随着沉积温度、工作真空度和沉积速率的提高,憎水薄膜的折射率也逐渐增大,变化范围为1.4595~1.5838,且都具有小的消光系数。在最佳工艺参数:沉积温度为160℃,真空度为1×10-2Pa,沉积速率为0.51nm/s时,薄膜的憎水性能最好,憎水角为119.3°,比镀制憎水膜前增加了92.0°。研究表明憎水薄膜镀制在增透膜的表面,没有影响薄膜的光谱透射率。设计并制备了膜系结构为G/2HL/A的减反射膜,在400mm~700nm范围内,镀制减反射薄膜之后,透射率提高了2.59%;基于电场强度优化,设计出激光薄膜的膜系结构为G/(2H2L)~82HL/A,其中参考波长为520nm,薄膜在450nm~700nm范围内,平均透过率为91.28%,峰值透过率为95.73%;在1064nm±40nm处,平均透过率为2.34%。基于多层膜敏感层分析和调控,最终制备出多功能激光薄膜,并对其性能进行了检测,结果表明,在紫外波段200~400nm范围内完全截止,在450nm~700nm处,平均透过率为94.71%,在近红外1064±40nm处平均透过率为2.27%;多功能激光薄膜的激光损伤阈值为7.3J/cm~2,憎水角为119.6°。
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