上海光机所基于节瘤缺陷穹状凸起去除提升激光薄膜抗损伤性能

近期，中科院上海光机所高功率激光元件技术与工程部提出了一种节瘤缺陷穹状凸起去除技术（nodule dome removal, NDR）来提高激光薄膜的抗损伤性能。相关研究成果以“A nodule dome removal strategy to improve the laser-induced damage threshold of 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，节瘤缺陷是诱导激光薄膜损伤的根源之一。节瘤缺陷是在薄膜制备过程中，由节瘤种子在蒸发材料的逐渐包裹下形成的伴有穹状凸起的倒锥形结构。节瘤种子的来源具有多样性，包括基底表面的杂质颗粒、镀膜腔内的杂质颗粒以及蒸发材料的喷溅等，这使得要彻底去除激光薄膜内的节瘤缺陷变得极其困难。

研究人员采用有限元模拟证实了去除节瘤缺陷穹状凸起可以降低激光反射镜、偏振镜及平板分束镜中节瘤缺陷引起的电场增强。基于此，开发出了适用于激光薄膜的节瘤缺陷穹状凸起去除工艺，依次包括清洗、润湿、主抛光、清洗、精抛光和干燥六个步骤。以紫外反射镜薄膜为例，从实验上验证了该工艺的有效性。对于未植入人工节瘤的反射镜和人工植入直径1000 nm节瘤种子的反射镜，NDR工艺处理后其激光损伤阈值分别提高到处理前的1.9倍和2.2倍。该工艺适用于不同沉积方法制备的薄膜，在提高薄膜损伤阈值的同时不会影响薄膜的光谱、应力等性能。

图1. （a）反射镜（HR）、平板分束镜（PLBS）及偏振镜（POL）的理论光谱；（b）节瘤缺陷模型；（c）NDR处理前后缺陷处的电场分布（插图为高折射率材料层中的电场分布及峰值）

图2. （a）NDR工艺处理前后节瘤缺陷的表面形貌；（b）人工植入不同尺寸节瘤种子的紫外反射镜薄膜在NDR工艺处理前后的激光损伤概率曲线（入射激光：355 nm, 8 ns，s偏振，45°入射）

相关链接：https://doi.org/10.1017/hpl.2022.24