大口径传输反射镜镀膜工艺优化方法研究
大口径传输反射镜是我国大型激光装置中被大量使用的一类重要光学元件。由于其在装置中所处的位置接近靶室，因此传输反射镜的光谱和阈值对装置的光束质量和输出能量的影响就显得更加突出和重要。优化镀膜工艺，提高大口径传输反射镜镀膜质量对装置工程建设意义重大。 装置用传输反射镜口径较大（元件对角线长度近800mm）、种类较多。本文针对其中最具代表性且制备难度最大的45°角入射传输反射镜展开镀膜工艺优化研究。基于目前工程镀膜技术水平，文章从蒸发速率稳定性、膜厚均匀性与节瘤缺陷三个方面入手展开研究。 针对蒸发速率稳定性研究，首先通过实验对比找到适合当前镀膜工艺的晶振片类型，再创新的采用数学建模的方法对镀膜机电子枪的电子束扫描图形进行精确优化调整，成功解决了以往凭经验调整导致的工艺不确定性。最终使SiO2蒸发速率稳定性大幅提升，速率变化范围从优化前的±1nm/s左右减小到±0.3nm/s以内，且淀积速率失控点明显减少，速率曲线平滑性得到大幅改善，控制水平与美国（NationalIgnitionFacility，NIF）相当。针对膜厚均匀性，在建立轨迹法数学模型的基础上进一步创新的提出轨迹裁剪法对均匀性修正挡板形状进行了高效、精确的设计和优化，使Φ800mm口径内（即覆盖大口径传输反射镜对角线尺寸范围）的膜厚均匀性从优化前的2%提高至1.3%以内。最后，本文围绕节瘤缺陷这一影响薄膜阈值的主要因素开展了相关实验研究。采用聚焦离子束显微镜、扫描电镜和光热偏转等技术手段对膜层中的节瘤缺陷进行了切割，并成功观测到不同工艺条件下形成的节瘤缺陷的形态、种类、密度及特性。发现镀膜工艺细节的控制水平是导致缺陷种子来源差异的主要原因。通过分析HfO2/SiO2反射膜缺陷种子与镀膜工艺之间的关系，找到了抑制节瘤缺陷形成的工艺优化方向。另外，为祛除膜层中的节瘤缺陷，文章初步尝试采用了激光预处理技术。通过观测和分析处理后薄膜的微观形貌，并结合光热偏转测量，证明了激光预处理对反射膜明显存在“清洗机制”，是一种有效祛除节瘤缺陷的一个重要技术手段。 通过本文研究，解决了工程供货大口径传输反射镜镀膜过程中影响光谱和阈值质量的关键工艺问题，并形成了稳定控制能力。研究成果不仅为后续工程镀膜工艺研究提供了技术支撑，在相关应用领域也具有一定的借鉴价值。 本文采用的方法已成功应用于我国激光装置大口径传输反射镜工程供货，元件光谱、阈值等指标满足装置运行要求。
大口径传输反射镜;均匀性;节瘤缺陷;镀膜工艺
南京理工大学
硕士
光学工程
何勇
2020
中文
TH74;TN249;TL62
2023-08-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）