用于未来激光技术的电介质薄膜

发布时间: 2018-06-20 16:04:49   作者:本站编辑   来源: LLNL   浏览次数:

 

 

LLNL材料科学部的物理学家Roger Qiu认为,目前的激光光学薄膜不再适合下一代激光技术。他指出:“现有技术不能生产出能够满足下一代激光系统所需的高反射性多层介质薄膜。”薄膜应用于光束转向反射镜,使其在NIF等激光系统内更具弹性和更具反光性。

1 LLNL Dielectric Coating System团队成员

Qiu和他的团队的任务是实现两个目标:研究对激光器如何在多层介质薄膜中引起损伤,并开发可靠的方法使薄膜在极端条件下持续使用。他们需要一个在工艺参数,环境和材料选择方面可调,可控和灵活的软件系统。目前他们使用的Veeco的商用SPECTOR-HT系统。

“人们花了60年的时间证明介电薄膜能够提供了最高的抗损伤性能,”Qiu说,“而SPECTOR-HT就是整套产品。”

SPECTOR-HT是一款高通量离子束溅射系统,它使用离子源将靶材溅射到基底上,以制作金属膜,电介质膜或用于各种光学应用的多层膜。这些薄膜增加了反射镜的反射率,确保NIF99.5%光束传播,并防止太多的激光能量损坏光学元件。由于新型激光器计划比目前使用的激光器功率高的多,因此需要更强的薄膜以避免破坏这些光学元件。

SPECTOR的关键是它的双光束配置。第一个发射靶材中的氩原子被铪,硅和钽等介电氧化物覆盖。当射束击中目标表面时,它会产生一层氧化物蒸汽,沉积在玻璃片上,形成一层薄的电介质涂层。当每层完成时,目标可以旋转以使不同的氧化物蒸气沉积为下一层。

在整个过程中,第二根光束可以帮助科学家“调整”质量,如结构,密度,沉积速率和薄膜的化学性质。第二束也可以用来消除杂质和污染。为确保没有空气阻力的蒸汽沉积,系统在10-7的压力下运行。

离子束溅射(IBS)薄膜机的示意图

“实验室获得一个每天提供无限制访问的系统非常重要,”Qiu说。“这是探索不同设计和材料的唯一途径,同时获得足够的实验数据对我们的结果具有统计上的意义。”

使用不同厚度,密度和结构的电介质氧化物对最终产品的反射率和耐久性具有参考意义。每种新的涂层配置都将提供了依据。

另外,Livermore的系统是唯一可以在同一地点测试激光和薄膜的设备,为这两方面的工作提供了显着的优势。正如Qiu所说,SPECTOR使用不同的目标材料,回填环境和沉积参数,赋予了科学家“调节的能力”。

实验对电介质薄膜非常重要,其中很小的一部分是因为这项工作没有在其它地方完成。在商业领域没有更强的光学镀膜的市场激励,因为目前的产品对于现在的激光器来说足够耐用。 Qiu说,只有国家实验室才能了解激光损伤机理并为下一代做准备。

3 SPECTOR-HT离子束溅射系统

该实验室的SPECTOR-HT系统于20176月安装,由机构基金资助,用于支持旨在开发用于国家安全的先进多层系统,由实验室指导研究与开发(Laboratory Directed Research and DevelopmenLDRD)提供支持。正在进行的工作对于实验室在储存管理,科学发现和能源安全方面的任务至关重要。

凭借SPECTOR的可定制功能和整个实验室内行业领先的激光工作,下一代激光器将继续取得进步,实现最大的能量传输并实现LLNL的国家使命。

https://lasers.llnl.gov/news/science-technology/2018/may

 
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