[发明专利]一种具有高激光损伤阈值的耐高温氧化铌薄膜制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高激光损伤阈值的耐高温氧化铌薄膜制备方法，以卤化铌前驱体和复合添加剂滴加去离子水搅拌陈化制得含铌的胶体，采用提拉镀膜法或旋涂镀膜法在基底上镀膜，退火热处理获得氧化铌薄膜。本发明使用卤化铌前驱体代替常规的铌醇盐前驱体，减少了制备的氧化铌薄膜中的碳含量，在高温条件下减少了薄膜中碳的累积问题，有利于提高薄膜的光学性能与激光损伤阈值；复合添加剂中的螯合剂改善了成膜性能，使获得的薄膜表面均匀平整，内部缺陷少；耐高温添加剂则进一步增强了薄膜的耐高温特性。最终获得了具有在高温下拥有高激光损伤阈值的薄膜，解决了常规的溶胶凝胶氧化铌薄膜在高温下无法获得高激光损伤阈值的难题。

技术领域

本发明属于光学薄膜的制备方法，具体涉及一种以卤化铌前驱体和复合添加剂制备的具有高激光损伤阈值的耐高温氧化铌薄膜的制备方法。

背景技术

由于光学薄膜抗激光损伤能力通常较低，导致其成为激光向高功率、高能量方向发展的瓶颈。因此，寻找合适的激光薄膜制备工艺和方法，提高其抗激光损伤能力，具有重要的价值。氧化铌作为一种高折射材料，在多种不同的激光系统中有着重要应用。通常的氧化铌薄膜采用物理法制备，例如电子束蒸发，离子束溅射等，但是阈值往往较低，难以适应大功率激光系统的快速发展趋势（Chinese Physics Letters，2011，28，064211）。溶胶凝胶法是一种较新的获得高阈值薄膜的方法，但是当前采用溶胶凝胶法制备氧化铌薄膜的研究很少，并且获得的薄膜的激光损伤阈值较低。例如，Parraud使用乙醇铌为前驱体，利用旋涂法制备出的Nb₂O₅激光薄膜阈值仅为8.3 J/cm²（Journal of the American CeramicSociety，2005，75，2289）。此外，传统的溶胶凝胶法制备氧化铌薄膜，通常采用铌醇盐作为前驱体，其价格非常昂贵并且化学性质不稳定（Journal of Materials ScienceMaterials in Electronics，2005，16，21）。

溶胶凝胶膜的缺点是耐热性差，不能适用于高温环境。同时，由于纳秒激光作用下薄膜的损伤过程与热效应密切相关，并且随着时间的延长，薄膜内部的有机物即使在常温下也逐渐变得不稳定，这就会降低激光器的性能乃至寿命。因此，如果能够制备出既能耐高温，同时又具有高阈值的溶胶凝胶氧化铌薄膜，具有重大的应用价值。然而迄今为止，适用于高温下同时又具有高激光损伤阈值的氧化铌薄膜的研究未见有报道。

发明内容

本发明的目的是，克服现有技术存在的缺陷，提供一种具有高激光损伤阈值的耐高温氧化铌薄膜制备方法，以廉价的卤化铌前驱体制备耐高温且具有高激光损伤阈值的氧化铌薄膜，一方面解决以往制备氧化铌薄膜时的前驱体价格昂贵的问题，另一方面通过复合添加剂的引入大幅提高了氧化铌薄膜在高温下的抗激光损伤特性。

本发明的具有高激光损伤阈值的耐高温氧化铌薄膜制备方法，其步骤为：

步骤1、将卤化铌前驱体加入醇中，搅拌0.1～2h混合均匀；然后加入复合添加剂，继续搅拌0.5～10h；随后缓慢逐滴滴加去离子水，滴加过程中搅拌0.5～24h，制得混合液，混合液呈均匀透明状，其中卤化铌、醇、复合添加剂和去离子水的摩尔比为1：20～120：0.05～10：0.2～20；所述复合添加剂由螯合剂和耐高温添加剂两部分组成。

步骤2、制备的混合液在室温下搅拌0.5～2h后，反应完成，然后密封置于0～35℃条件下陈化3～10天，制得含铌的胶体。

步骤3、将基底浸泡于清洗液中，超声清洗10～60min，然后用去离子水冲洗干净，最后用高纯氮气吹干。

步骤4、采用提拉镀膜法或旋涂镀膜法用含铌的胶体在基底上镀膜，环境相对湿度小于50%，提拉速度为5～200mm/min或旋涂速度为500～20000r/min。镀膜完成后将薄膜在60～300℃下退火热处理0.5～3h，获得氧化铌薄膜。

所述的卤化铌为五氟化铌或五氯化铌的任一种。