[发明专利]一种提高光学薄膜元件抗激光损伤能力的方法

权利要求书

1.一种提高光学薄膜元件抗激光损伤能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)镀制一批光学薄膜元件作为样品，并进行喷淋和超声清洗；

(2)获得光学薄膜元件的功能性损伤阈值；

具体方法为：

(2.1)任意选取一个光学薄膜元件作为被测样品，将被测样品固定在电动平移台，电动平移台控制被测样品二维移动，在线监控系统对准泵浦激光辐照被测样品的位置，用于诊断损伤的发生及精确定位；

(2.2)采取光栅扫描方式，扫描被测样品表面1cm²的区域，设定最大能流台阶E_m和初始能流台阶E₀，以ΔE的间隔抬升，其中ΔE＝1～10J/cm²；同时E₀与ΔE的取值为使得(E_m-E₀)/ΔE的值在[10,12]区间内的最大整数；并按能流台阶从低到高的顺序进行扫描，一个能流台阶扫描完后再进行下一个台阶的扫描，扫描的过程中，一旦出现破坏，在此能流台阶扫描完整测试区域后就暂停下一个台阶的扫描，如果此能流台阶出现的破坑点不超过10个，则进入步骤(2.3)对损伤点进行尺寸判断；否则停止测试，前一个能流台阶对应的激光能量密度即为被测样品的功能性损伤阈值F_th0，转入步骤(3)；

(2.3)移动被测样品，依次定位到扫描过程中出现的所有损伤坑点，首先判断所有损伤点尺寸是否超过100um，若损伤点尺寸均不超过100um，则进入步骤(2.4)对损伤点进行生长测试；

若有一个损伤点尺寸若超过100um，则停止测试，此时前一个能流台阶对应的激光能量密度即为被测样品的功能性损伤阈值F_th0，转入步骤(3)；

(2.4)对尺寸不超过100um的损伤点，以产生损伤的能流台阶进行N个脉冲的辐照，其中N＝100，200，300，...10000，如果此损伤坑点在N个脉冲后没有出现生长，则能流抬升ΔE继续辐照N个脉冲，直到出现生长现象或者是达到能量E_m，生长测试中若出现损伤生长的情况，则停止测试，未产生生长的最大能流台阶对应的激光能量密度即为被测样品的功能性损伤阈值F_th0，转入步骤(3)；

如果到达能量E_m，所有损伤点都没有增长，就移动被测样品到测试区域起点处，转入步骤(2.2)，继续进行能流抬升的扫描测试，直到1cm²区域出现超过10个损伤坑点或损伤坑点大于100μm或损伤坑点在后续激光作用下生长中有任意一种情况发生，此时的前一个能流台阶对应的激光能量密度即为被测样品的功能性损伤阈值F_th0；

(3)进行光学薄膜元件的覆层处理：在同一批的其它光学薄膜元件表面均覆盖一层吸收材料，以产生高温高压等离子体；所述吸收材料为黑漆或能保证100％完全吸收入射激光能量的柔性贴膜，吸收材料的厚度为0.5mm～1.0mm，同时保证吸收层的各处厚度均匀性偏差小于10μm，并覆盖整个光学薄膜元件表面，在吸收材料表面再覆盖一层约束层；进而获得若干个经过覆层处理的样品；

(4)进行光学薄膜元件的激光诱导等离子体冲击后处理：

首先确定扫描参数取值组合，所述扫描参数包括入射激光能量、扫描次数、光斑直径、搭接率、低重复频率和高重复频率，其中入射激光能量在激光器输出的最小能量与E_m间等间隔的取5个数值，扫描次数为1次～5次，光斑直径取值为100μm，500μm，1mm，1.5mm或2mm，搭接率取值为30％，50％，70％或90％，低重复频率在1Hz～10Hz中任取一数值，高重复频率在几KHz～几十KHz中任取一数值；每组扫描参数对应一个经过覆层处理的样品；

之后选取一组扫描参数，并选一个经过覆层处理的样品，将其放置在电动平移台上，在样品中心选1cm²的区域采用纳秒激光器依据选取的扫描参数进行光栅式扫描，始终保证入射激光的能量小于使薄膜元件不发生破坏的最大激光能量E_m，在线显微镜始终对准泵浦激光辐照被测样品的位置，用以实时检测激光辐照过程中被测样品、吸收材料和约束层的状态；之后去除样品表面覆盖的约束层，并用丙酮、乙醇溶液去除表面残留的吸收材料，然后将样品进一步进行喷淋和超声清洗，完成一个光学薄膜元件的激光诱导等离子体冲击后处理；

按照上述方法完成所有扫描参数组合下的光学薄膜元件激光诱导等离子体后处理过程；

(5)依据步骤(2)所述方法，获得经过不同扫描参数激光诱导离子体后处理作用后的所有薄膜元件功能性损伤阈值F_thi-ns；

(6)将步骤(4)中的纳秒激光器更换为皮秒激光器或飞秒激光器，重复步骤(4)～(5)，分别获得经皮秒激光和飞秒激光在不同扫描参数的激光诱导等离子体后处理作用后的光学薄膜元件功能性损伤阈值F_thi-ps和F_thi-fs；

(7)比较步骤(2)中未经后处理的光学薄膜元件的功能性损伤阈值F_th0，步骤(5)中经纳秒激光诱导等离子体冲击后处理的薄膜元件功能性损伤阈值F_thi-ns，以及步骤(6)中经皮秒和飞秒激光诱导等离子体后处理的薄膜元件功能性损伤阈值F_thi-ps和F_thi-fs，选择其中最大的功能性损伤阈值作为光学薄膜元件的最优功能性损伤阈值，其对应的脉宽和扫描参数为最优参数；

(8)采用所述最优参数对光学薄膜元件进行激光诱导等离子体后处理来提高光学薄膜元件抗激光损伤能力。