离子束辅助技术在高功率激光薄膜中的应用

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1、万方数据第41卷，第lO期2004年10月激光与光电子学进展Vd．4】．NnlO0ct2004离子束辅助技术在高功率激光薄膜中的应用张大伟张东平范树海王英剑邵建达范正修(中国科学院上海光学精密机械研究所，上海201800)提要从离子束清洗、离子束辅助沉积以及离子束后处理三个方面，介绍了离子束辅助技术在高功率激光薄膜中的应用背景、应用优势以及存在的问题。关键词激光技术离子束辅助技术高功率激光薄膜A-pplicationofIon—assistedTechnologyinHighPowerLaserFilmsZ彤心GDawei跚ANGD0n卯ingFanShu

2、haiWANGY协翻ianSHAOJiandaFANZheng)du㈣玩t‰玩玩￡eQ厂∞玩cS舭dn伽且匏c玩竹泌，C耽他eseADd跏可Q厂&善鲫ces，舰删地t201800)AbstractFhmioncle剁ng，ion—aSsisteddepositionaIldionposttreatInent，theapplicationbac蚝rollnd，mentsandthepr0瑚emsofionassistedtechnolo舒for11i曲powerlasern1Insarein加duced．Keywordslasertechnolo留ion—a

3、ssi8tedtechnologyhi曲powerlaSermmsl引言激光薄膜是激光系统中不可缺少的基本元件。其质量和性能是影响和保证整个系统性能的重要因素。在激光技术迅猛发展的几十年里，激光薄膜起到了保障和推动作用。而激光技术的迅猛发展又给激光薄膜的研究和发展注入了新的生命力。激光惯性约束聚变装置是规模最大的一类高功率激光系统装置，如美国的诺瓦(Nova)装置、国家点火装置(NIF)，中国的神光系列装置等，其中都包含有大量激光器件和光学元件Ⅲ。这些高功率激光系统对激光薄膜的性能提出了更高的要求f2j。这些性能包括降低吸收、降低散射、提高抗激光损伤阈值和

4、提高环境稳定性等。离子束辅助技术是一种有可能在高功率激光薄膜制备中使用的技术。离子束辅助技术包括离子束清洗f3J、离子束辅助沉积技术(4J以及离子束后处理技术，之所以将这几类技术同归为离子束辅助技术，田是因为它们有着共同的装置，如图1所示。离子束辅助技术从不同角度解决了高功率激光薄膜制备中的一些问题。但也引入了一些新的问题。为此国内外学者从理论和实践上进行了研究，希望能深入认识引入离子束技术的优点和弊端，并最终扬长避短，将其成功应用在高功率激光薄膜的制备中。图1离子束辅助技术的装置示意图2离子束清洗技术随着大能量、大功率激光系统的发展，对光学薄膜元器件的性

5、能要求逐步提高，特别是对损伤阈值要求的提高。事实上，具有良好特收稿日期：2004—05—20：收到修改稿日期：2004—06一18性的光学薄膜不但与其自身的沉积工艺有关．同时也与基片的抛光水平以及基片镀膜前的最终处理技术密切相关。从实际使用情况来看，国内提供的激光薄膜的损伤阈值仍然与国际先进水平有相当大的距离．对基底表面的清洁技术研究的不够深入应是造成差距的一个主要因素。国内未见这方面的深入研究报告，但国外对这方面的工艺研究一直也没有停止过，而且已经作为提高薄膜抗激光损伤强度措施中的一个有机组成部分。为了获得清洁的基片，在使用纯水、各类配方的有机溶剂等清洗

6、液的同时，采用了如手工擦洗、超声波清洗、溶剂蒸浴、高纯氮气等对表面的处理方法。但用这些方法处理过的基片在放入真空室以及真空室获取高真空的过程中都存在着重新(二次)污染的可能。离子清洗是在基片放人真空室并抽取真空后，薄膜沉积之前，用一定能量和束流密度的离子撞击基片、使基片清洁。离子清洗成为解决二次万方数据第4l卷，第lO期2004年10月激光与光电子学进展确磷褊镕嚣§e§≮壤_{=；=c‘t去除残留的抛光粉：污染问题可行的一种办法【6】。离子束清洗的清洁能力已得到一定认可。例如。Ochs【3】发现升温处理并不能清洁硬盘基片上的污物，而离子束(定向离子)清洗却

7、有较好效果。图2是用超声波清洗并手工擦洗之后的基片放入真空室抽取高真空后又取出后的表面。可以看到基片表面吸附了一些杂质颗粒：图3是将吸附杂质后的基片放人真空室用离子束清洗后的表面形貌，可以看到离子清洗后可得到干净的基片。用LeicaDM磁【E型偏光显微镜观测。二次污染点．夕一'图2基片被二次污染的表面图3离子束清洗后基片的表面尽管离子束清洗有较好的清洁效果，但离子种类、清洗时问、离子能量和束流密度等参数对基片表面特性的影响，以及离子清洗参数的选择都未见有深入的研究报道。我们进行了这方面的工作，提出以下观点：1)光学薄膜特别是高功率激光薄膜的基底清洗应该用氧

8、离子清洗；2)基底在抛光时抛光粉部分残留在基底里，而离子清洗能有效