第３Ｏ卷第５期 光学仪器 Ｖｏｌ＿３Ｏ，Ｎｏ．５ Ｏｃｔｏｂｅｒ，２００８ ２００８年１Ｏ月 ＯＰＴＩＣＡＬ １ＮＳＴＲＵＭ［ＥＮＴＳ 文章编号：１００５—５６３０（２００８）０５—００７５—０７ 中红外激光薄膜的研究与特性分析 ＊ 洪冬梅，岳威，王春，武淑明 １０００１５） （华北光电技术研究所军用固体激光技术国家重点实验室，北京摘要：介绍了高能中红外固体激光器中光学薄膜的用途、设计与制备方法。以２ｇｉｎ泵浦和 １．０６ ｍ泵浦方案为例，针对核心部件光参量振荡器的激光晶体与耦合腔镜，讨论了减反射、部分 透过和截止滤光等薄膜在研究过程中的主要技术问题，并在不同情况下对此波段内薄膜的吸 收、内应力与损伤阈值完成了特性的对比测试分析，相关薄膜应用在中红外激光器中已取得了 ５ｋＨｚ下１０Ｗ的输出效果。 关键词：中红外；光参量振荡器（０Ｐ０）；对称匹配层；内应力‘ 中图分类号：Ｏ ４８４ 文献标识码：Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｃｏａｔｉｎ ｉｎ ｍｉｄｄｌｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｌａｓｅｒｓ ＨＯＮＧ Ｄｏｎｇｍｅｉ，ＹＵＥ Ｗｅｉ，ＷＡＮＧ Ｃｈｕｎ，ＷＵ Ｓｈｕｍｉｎｇ （Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｐｕｒｐｏｓｅ ａｎｄ ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ，ｃｏａｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｉｎ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｓｏｌｉｄ ｍｉｄｄｌｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｌａｓｅｒｓ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｗｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｍａｉｎ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｉｓｓｕｅｓ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｉｌｍ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ，ｐａｒｔ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ ａｎｄ ｅｄｇｅ ｆｉｌｔｅｒｓ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ｗｈｉｃｈ ｗｏｒｋｓ ａｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｍｉｄｄｌｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｌａｓｅｒｓ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｘｐｌａｉｎ ｔｈｅｓｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｏｎ ｌａｓｅｒ ｃｒｙｓｔａｌｓ ａｎｄ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｍｉｒｒｏｒ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ，ｔＷＯ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ＯＰＯ ａｓ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｔａｋｅｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．Ｏｎｅ ｉｓ ２ｇｍ ｐｕｍｐｅｄ ＯＰＯ ａｓ ｐｉｃｔｕｒｅ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ，ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｉｓ １．０６ｔｚｍ ｐｕｍｐｅｄ ０Ｐ Ｏ．Ｏｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｈａｎｄ，ｗｅ ｈａｖｅ ｆｉｎｉｓｈｅｄ ｓｏｍｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｕｃｈ ａｓ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｌａｓｅｒ ｄａｍａｇｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ．Ｐｒｅｓｅｎｔｌｙ，ｔｈｅｓｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ｉｎ ｍｉｄ－ＩＲ ｓｏｌｉｄ ｌａｓｅｒｓ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ５ｋＨｚ，１０Ｗ ｏｕｔｐｕｔ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｄｄｌｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ；ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ（ＯＰＯ）；ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ ｍａｔｃｈ ｌａｙｅｒｓ； ｒｅｓｉｄ１】ａ１ ｓｔｒｅｓｓ １ 引 言 中红外激光目前已经在光电对抗、制导侦察、定向探测和材料分析等多个领域内具有了广泛的应用。 －收稿日期：２００７—１１－０２ 作者简介：洪冬梅（１９７０－），女，重庆市人，研究员，硕士，主要从事光学薄膜方面的研究。 ・ ７６ ・ 光学仪器 第３Ｏ卷 目前在３￣－－Ｓｔｔｍ波段能够实现稳定可调谐激光输出的主要方式是利用非线性的光参量振荡技术，将现有 的短波固体激光工作波长转换到中红外区域。在进行ＯＰＯ信号产生的同时，利用晶体直接输出中红外 能量是大功率固体激光技术的趋势。 新型中红外高能激光器中ＯＰＯ等主要工作部分，其性能受光学薄膜的影响正在与日俱增。光学薄 膜对于激光晶体和非线性调制晶体，可以保证调协范围，提高转换效率，而光参量振荡器就恰由泵浦源、 谐振腔镜和非线性晶体组成，其中每种光学元件都需要镀膜，以达到特定的性能指标，这就对于光学薄膜 提出了很高的技术要求，同时薄膜的阈值效应也成为了ＯＰＯ组件的关键所在。文中所涉及到的已应用 于中红外光参量振荡器中的光学薄膜如图１和图２所示。 ４ ５ ６ —７ Ｌ ＿—— 啡 ／ｆ曩＼墨＼ 非线■圜性圈晶 １ ７体Ｌ ／＼ 输Ｈ Ｍ３ ＺｎＧｅＰ２ Ｍ４ ０．７９６ ｍ泵浦源 ２ ｍ泵浦源 隔离器透镜 ３－５／ａｍＯＰＯ 卜输入镜ＭＩ：Ｏ．７９６ ｊａｍＨＴ＆２￣ｍＨＲ； ２－Ｔｍ：ＹＡＧ晶体：Ｏ ７９６￣ｔｍ＆１．９９６ｊａｍＡＲ； ３一输出镜Ｍ２：Ｏ．７９６￣ｔｍＨＲ ２１ａｍ ｌ＿３Ｏ％；４－输入镜Ｍ３：２／ａｍＨＴ ３．５～４．５／ａｍＨＲ； ５－ＺｎＧｅＰ２晶体：２ ｊａｍＡＲ ３ ５～４ ５ｌａｍＡＲ； ６－输出镜Ｍ４：２ ｌａｍＨＲ ３ ５～４．５ｊａｍ Ｔ＝３０％。 图ｌ ２ １泵浦型ＯＰＯ组件及其光学薄膜 Ｆｉｇ．１ ２ｂｔｍ ｐｕｍｐｅｄ ＯＰＯ ａｎｄ ｃｏａｔｉｎｇｓ ＿ｌ ～Ｃ广ｏ—ｕｐ—ｌｉｎ］ｇ ｝ ／ 激＿＿僵 光晶体 厂＾、 输出３ ５ 一 ＼＿ｊ 调Ｑ Ｕ ＼ 趟／ Ｉｅｎ Ｎｌ Ｎ２ 输入镜ＮＩ：１．０６￣ｔｍＨＴ １．５７１ａｍＨＲ ３．５￣ｔｍＨＲ；输出镜Ｎ２：１．０６￣ｍＨＲ １．５７￣ｍＨＲ ３ ５／ａｍＨＴ 图２ １．０６ｔａｎ泵浦型ＯＰＯ组件及其光学薄膜 Ｆｉｇ．２ １．０６ｇｍ ｐｕｍｐｅｄ ＯＰＯ ａｎｄ ｃｏａｔｉｎｇｓ 可以看出，无论是对于何种类型的中红外组件，光学薄膜在构成谐振腔，提供渐变可调性，改善系统 光学性能等多个方面都具有不可替代的作用。因此，分析光学薄膜的特性，减少损耗，提高晶体适应性和 抗激光损伤能力，是中红外激光技术研究的重要环节之一。 现针对用于中红外固体激光器中的光学薄膜进行了设计和讨论，同时结合实际的工作经验，提出了 一些相关薄膜特性对比分析的参考方法，对中红外膜层研制工作的继续开展具有一定参考价值。 ２膜系设计 ２．１用于中红外ＯＰＯ输入镜的薄膜 光参量振荡器谐振腔输入镜镀膜一方面可以提高ＯＰＯ转换效率，另一方面保证只有特定中红外泵 浦光和信号光作用．薄膜设计首先要选取适当的镜片基体，对于中红外波段，具有透射率好、硬度高，膜层 附着性优良的材料是ＣａＦ （０．１３－－－ｇｌｕｍ透过率＞９Ｏ ；密度３．１８ｇ／ｃｒｎ。）或者Ａｌｚ０３即白宝石（ ＝１．７６， 红外透过率＞８６ ）。 第５期 洪冬梅，等：中红外激光薄膜的研究与特性分析 ・ ７７ ・ 选取 一１．４５的氟化钙基片，以采用ＰＰＬＮ为非线性晶体的ＯＰＯ组件输入镜为例，目标光谱特性 ０蠹暑吕∞写Ｊ上 １．０６ｔｔｍ ９６ ，１．５７ ｍ＆３．５ｔｔｍ Ｒ＞９９．９ 。初始膜系为Ｇ／（Ｏ．５ＬＨ０．５Ｌ）‘Ｓ／Ａ的典型结构，逐步 舳；２加：３∞ 卯 ∞ 如 加 ｍ ０ 增加反射膜对，多层膜两侧加镀匹配层后利用Ｔｆｃ软件进行优化。设计光谱曲线和实测光谱曲线如图３、 图４和图５所示。 中红外激光器１．０６和２ ｍ泵浦源输入镜的薄膜也可利用短波通截止滤光结构［１］优化得到。光谱特 性分别为１．０６ｔｉｍ ＨＴ、２ ｍ ＨＲ和２ ｍ ＨＴ ３．５～４．５ ｍ ＨＲ，其中２ ｍ泵浦源输入镜薄膜设计曲线如 图６所示，实测指标Ｔ＇￣９６ Ａ，０Ｒ＞９９．９ 。 Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／Ｂｍ 图３ １．０６／￣ｍ ＯＰＯ输入镜设计曲线 图４ １．Ｏ６～ｌ＿７ＶＪ＇ａ实测光谱曲线 ３ Ｄｅｓｉｇｎ ＣＬＬｒＶｅｆｏｒｉｎｐｕｔｍｉｌＴｏｒｓｉｎ１．Ｏ６舯ｐｕｍｐｅｄＯＰＯ Ｆｉｇ．４ Ｓｕｒｖｅｙ ｃｕｒｖｅ ｆｏｒ １．Ｏ６～１．７ｐａ＇ｎ ｌ／１／＼ｎ Ｊｌ ｎ ： ｛ ｒ ‘ ，Ｖ ｉ／ Ｉ／１ ． 。ｌ ｌ／ ・ Ｉｊ１ Ｉ。 ’… 『ｒ了Ⅲ 一 一一一 一．ｊ＼Ｌｆ ，Ｊ＼／ ： ｆ ｔ／ ５２ ５Ｄ ４８ ４．６ ４．４４２ ４－０ ３．８ ３ｌ６３４３２ ３Ｄ ２８ Ｚ６ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／／ａｍ 图５ ３．５～４．５ｐａｎ实测光谱曲线 图６ ２肿泵浦源输入镜薄膜设计光谱曲线 Ｆｉｇ．５ Ｓｕｒｖｅｙ ｃｕｒｖｅ ｆｏｒ ３．５～４．５／ａｎ Ｆｉｇ．６ Ｄｅｓｉｇｎ ｃｕｒｖｅ ｆｏｒ ｉｎｐｕｔ ｍｉｒｒｏｒｓ ｉｎ ２ｖａｎ ｐｕｍｐｅｄ ＯＰＯ ２．２应用于中红外激光器晶体的薄膜 激光晶体和非线性晶体是泵浦源和频率转换的关键部分，可以使整个激光器达到小型化和全固化。 选择晶体，首先要考虑透光范围， 然后是恰当的相位匹配、非线性系数的大小以及抗激光损伤阈值。如 Ｔｍ＂ＹＡＧ、ＹＡＰ、ＰＰＬＮ、ＡｇＧａＳ２、ＺｎＧｅＰ２等都能够作为中红外激光技术所需的晶体［２］。 以镀制在Ｔｍ：ＹＡＧ和ＺｎＧｅＰ 晶体上的减反射膜设计为例，目标光谱特性为０．７９６／￣ｍ＆１．９９６／￣ｍ ＡＲ和２ ｍ ＡＲ ３．５～４．５ ｍ ＡＲ，剩余反射≤０．０１ 。宽带减反射消除了角度入射和镜片曲率的影响， 克服了测量与装夹误差等造成的测量光谱曲线与实际使用特性不吻合的缺点，同时提高了制备重复性和 均匀性［３］。图７和图８显示了在Ｔｍ：ＹＡＧ晶体上镀０．７９６￣ｍ＆１．９９６ｔｔｍ双波段多层减反射膜的设计 曲线与实测曲线，实测指标为：尺。． 。 ≤１ ，尺∽。 ≤ｌ 。 图９、图１Ｏ和图１１显示了在ｚＧＰ晶体上镀２９ｍ＆３．５～４．５Ｖｘａ双波段多层减反射膜的设计曲线与 实测曲线，实测指标为：Ｒ ．。 ４ｏ．２ ９／６，Ｔ３．５“ｓ≥９７ 。 ・ ７８・ 光学仪器 第３０卷 ２．３应用于ＯＰＯ输出镜的薄膜 中红外ＯＰＯ输出镜薄膜与激光器光束质量联系密切．对于３～５ ｍ ＯＰＯ，以ＰＰＬＮ型输出镜薄膜为 例，目标光谱特性１．０６／￣ｍ＆１．５７／￣ｍ Ｒ＞９９．９ ，３．５～４．５ｔｔｍ ７＞９７ 。在白宝石基体上以两个不同中 心波长设计高反射膜系，最终计算优化得到０．９３７Ｈ １．０５８Ｌ １．３５７Ｈ（ＬＨ） １１ ０．９９５Ｌ（ＨＬ）‘８ ０．１３５Ｈ ２．５８６Ｌ ０．０３３Ｈ的结构，Ｈ取高折射率材料ＺｎＳ，Ｌ取低折射率材料ＹｂＦ。，设计与实测曲线如图１２，图１３ 和图ｌ４所示。 ＼ 皇 殳 若 Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｎｍ 图７ ｒｍ：ＹＡＧ晶体减反膜设计曲线 Ｆｉｇ．７ Ｄｅｓｉｇｎ ｃｕｒｖｅ ｆｏｒ ＡＲ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｏｎ Ｔｉｎ：ＹＡＧ 、 弓 ９ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｎｍ 图９ ＺｎＧｅＰ２晶体减反膜 Ｆｉｇ．９ Ｄｅｓｉｇｎ ｃｕｒｖｅ ｆｏｒ ＡＲ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｏｎ ＺｎＧｅＰｚ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｒａｍ ｌｉ ＺｎＧｅＰ２晶体增透膜２～５ １实测曲线 Ｆｉｇ． Ｓｕｒｖｅｙ ｃｕｒｖｅ ｆｏｒ ２～５ｕｍ ＡＲ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｏｎ ＺｎＧｅＰｚ ４．０ ３．５ ３．０ ２．５ ２．０ ｌ・５ １．０ ０．５ ０ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｎｍ 图８ Ｔｍ：ＹＡＧ减反膜实测曲线 Ｆｉｇ．８ Ｓｕｒｖｅｙ ＣＨＩＶｅ ｆｏｒ ＡＲ ｃｏａｔｉｎｇｓ Ｏｉｌ Ｔｉｎ：ＹＡＧ ４ ０ ３． ５ ３．０ ２．５ 量２．０ 《 ｌ ５ １ ０ ０．５ Ｏ １ ７０ｏ １７５０ ｌ８００ ｌ８５ｏ ｌ９０Ｏ ｌ９５０ ２Ｏｏ０ ２ｏ５ｏ ２ｌ∞２ｌ５ｏ ０ｏ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｎｍ 图ｌｏ ＺｎＧｅＰ２晶体增透膜２，ｕｒｎ反射率实测曲线 Ｆｉｇ．１０ Ｓｕｒｖｅｙ ｃｕｒｖｅ ｆｏｒ ２ｕｍ ＡＲ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｏｎ ＺｎＧｅＰ２ ＼ 芒 ９ 器 基 写 Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｒｉｍ 图１２输出镜薄膜设计曲线 Ｆｉｇ．１２ Ｄｅｓｉｇｎ ｃｕｒｖｅ ｆｏｒ ｏｕｔｐｕｔ ｍｉｒｒｏｒｓ 第５期 洪冬梅，等：中红外激光薄膜的研究与特性分析 ・ ７９ ・ ５０ ４．８ ４６ ４．４ ４．２ ４．０ ３．８ ３６ ３４ ３．２ ３０ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｕｍ 图１３ ０．９～１．７ ｍ实测光谱曲线 图１４ ３￣５ｔａｎ实测光谱曲线 Ｆｉｇ．１３ Ｓｕｒｖｅｙ Ｃｕｒｖｅ ｆｏｒ ０．９～１．７“ｍ Ｆｉｇ．１４ Ｓｕｒｖｅｙ Ｃｕｒｖｅ ｆｏｒ ３￣５ｔｔｍ ３特性分析与应用情况 ３．１薄膜的吸收和损伤测试 薄膜元件的吸收是其损耗的主要来源之一，这是由于 材料本身的折射率消光系数不同，另外还和膜层界面与基 体的特性有关。当中红外薄膜用于高能激光系统中时，强 大的激光能量极易产生热能沉积，从而在光学元件内及约 Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ－ｄｅｔｅｃｔｅｄ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｐｅｒ－ａｍｐｌｉｆｉｅｒ 束边界上产生不均匀的热效应，最终导致薄膜破坏［４］。 针对１．Ｏ＠ｍ泵浦型中红外激光器对泵浦光开展了 图ｌ５吸收测量装置示意图 吸收测试的研究。方法如图１７：将样品置于激光脉冲的 Ｆｉｇ．１５ Ｓｋｅｔｃｈ ｍａｐ ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ 重复作用下，样品表面温度将会升高，随之样品表面辐射 ｆｏｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｔｅｓｔｉｎｇ 的热信号增大，利用ＬｉＴａＯ。晶体作为热探测器接收热辐射信号。为了提高测量精度，使用Ｇｅ透镜聚焦， 同时它还可以滤掉散射光及激光发射光。接收的信号正比于样品的吸收系数。使用一个透明基底作为 校准样品进行光热信号校准，该样品的膜层具有较大的吸收，通过分光光度计对该样品的膜层吸收进行 测量标定。 在光学显微镜下验证了基体清洗效果，镀制完成后先以亚阈值激光能量辐照膜层表面以消除部分微 观节瘤，然后分七组测试了膜层的吸收系数，同时以中红外激光系统对比试验了损伤阈值和输出能量。 在测试过程中，以显微镜观察到高温辉光闪耀后能量迅速降低或表面出现不可逆转的变化时，即认为出 现损伤。对比效果如表１所示。 表１ 薄膜吸收与激光损伤测试对比 Ｔａｂ．１ Ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｆ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｌａｓｅｒ－ｄａｍａｇｅ ３．２离子源辅助对膜层表面型貌和内应力的影响 离子源使用对于薄膜特性影响的研究也是近年来的热点。文中涉及的几种中红外激光器中使用的 ・８Ｏ・ 光学仪器 第３Ｏ卷 膜层，在Ｌｅｙｂｏｌｄ真空镀膜机的实际制备过程中，用ＡＰＳ高能离子源在基板和蒸发源间建立了稳定的等 离子区，动量传递性不但提高了成膜离子的能量，而且改善了膜层的均匀性。图１６和图１７是以 ＺｙｇｏＮＶ５０２２Ｓ和ＶＥＥＣＯＮＴｌ１ＯＯ测量膜层表面粗糙度（Ｒｎ）和峰谷值（Ｐ 的结果，可以看出离子源的 作用比较明显。 图ｌ６无离子源辅助沉积表面Ｒａ １．２８８ｎｍ，ＰＶ １５ｎｍ 图１７ ６ｋＷ能量离子辅助沉积表面Ｒａ ０．４７８ｎｍ，ＰＶ４ｒｉｍ Ｆｉｇ．１６ Ｓｕｒｆａｃｅ ｗｉｔｈ ｎｏ ｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ Ｒａ １．２８８ｎｍ，ＰＶ １５ｎｍ Ｆｉｇ．１７ Ｓｕｒｆａｃｅ ｗｉｔｈ ６ｋＷ ｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ Ｒａ ０．４７８ｎｍ，ＰＶ ４ｎｍ 应力是存在于薄膜制备过程中的普遍现象，所有薄膜几乎都处 于某种应力状态之中。当膜层沉积在一定厚度和弹性的基片上时， 由于应力的作用将发生弯曲，可定义压应力使其向内侧弯曲，张应 力使其向外侧弯曲【＿５］。在已知膜层厚度和曲率半径的情况下，应力 Ｆ ｆ２ ／１ １、 可由斯托尼公式计算得到： 一 （未一专），其中 和ｔｆ 分别为基底和薄膜的厚度，Ｅ和ｙ 分别为基底的弹性模量和泊松 比，Ｒ ，Ｒｚ分别为镀膜前后的曲率半径。当应力值取负值时，薄膜 受到压应力；当应力值为正时，薄膜受到张应力。 在中红外使用膜层镀制完成后，用ＺＹＧＯ数字波面干涉仪分 别测试了不同ＡＰＳ源工艺参数下薄膜样品的曲率。通过所检测干 涉条纹的改变，可以看出离子源能量对膜层应力变化趋势的影响， 如图１８、表２与表３所示： 表２ ＡＰＳ源参数 Ｔａｂ．２ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ＡＰＳ ｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ 图１８膜层应力测试图 Ｆｉｇ．１８ Ｔｅｓｔ ｐａｔｔｅｒｎ ０ｆ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ ３．３应用情况和所用设备 中红外膜层在具有冷凝泵系统、行星转动装置和ＡＰＳ离子源的德国ＬＥＹＢＯＬＤ设备中镀制，采用电 子枪蒸发材料，光探测与石英晶体结合控制蒸发速率和膜厚。制备完成后以ＶＡＲＩＡＮ ３１００ ＦＩ－ＩＲ和 第５期 洪冬梅，等：中红外激光薄膜的研究与特性分析 ・８ｌ ・ ＶＡＲＩＡＮ Ｃａｒｙ５０００分光光度计进行了全部的光谱特性测试。 目前，研制的输入，输出镜和晶体膜层都已经应用于中红外固体激光器，在６．８ｋＨｚ时，２ｇｍ激光实现 了２４Ｗ输出；５ｋＨｚ时，３￣５／１ｍ超过了１０Ｗ的室温运转激光输出。 ４结论 新型中红外高能激光器的性能和稳定受光学薄膜的影响正在与日俱增［６］，文中所讨论薄膜的相关设 计与测试方法，已经应用于整套激光系统研制。 离子源技术的利用使膜层的光谱特征和环境适应性有所提高，但受到中红外波段材料的限制，抗激 光损伤能力还有待提高。另外，薄膜与调制晶体的结合力、晶体各向异性影响以及膜层的吸收、应力和表 面缺陷也是影响输出光束质量的关键因素。 参考文献： ［１－Ｉ顾培夫．薄膜技术［Ｍ］．杭州：浙江大学出版社，１９９０．１８６－－２０２． ［２３姚宝权，王月珠，王骐．中红外光参量振荡器发展状况分析［Ｊ］．激光技术，２００２，２６（３）：２１７—２２ｏ． ［３］洪冬梅，岳威．中红外激光器光学薄膜的研制口］．激光与红外，２００６，３６（１２）：１１５７—１１５９． ［４］Ｋｌｏｃｅｋ Ｐ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ［Ｚ］．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ：Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ，１９９１． ［５］王成，张贵彦，马莹，等．薄膜应力测量方法研究［Ｊ］．激光与光电子学进展，２００４，４１（９）：２８—３２ ［６］洪冬梅，陈生，曹海云，等．红外用光学薄膜［Ｊ］．光学仪器，２００４，２６（２）：２０４－－２０６． 我国最大光学望远镜落成 可同时精确定位４０００个观测目标 ２００８年１０月１６日，完全由我国自主发明的新型大视场望远镜——大天区面积光纤光谱天文望远镜 （ＬＡＭＯＳＴ）在位于河北省兴隆县的国家天文台兴隆观测基地落成。这标志着我国第一次在望远镜类型 上占有一席之地。 在技术上，ＬＡＭＯＳＴ在其反射施密特改正镜上同时采用了薄镜面主动光学和拼接镜面主动光学技 术，突破了世界上光学望远镜大视场不能同时兼备大口径的瓶颈，使我国主动光学技术处于国际领先地 位。它采用的并行可控式光纤定位技术解决了同时精确定位４０００个观察目标的难题，是一项国际领先 的技术创新。 该望远镜的各项指标均已达到甚至超过设计要求，在调试过程中单观测可同时获得３０００多条天体 光谱的能力，已成为我国最大的光学望远镜、世界上最大口径的大视场望远镜，也是世界上光谱获取率最 高的望远镜。 大量天体光学光谱是大视场、大样本天文学研究的关键。但迄今由成像巡天记录下来的数以百亿计 的各类天体中，只有约万分之一进行过光谱观测。ＬＡＭＯＳＴ将突破天文研究中光谱观测的这一瓶颈，对 上千万个星系、类星体等河外天体的光谱巡天，将在河外天体物理和宇宙学研究以及河内天体物理和银 河系研究上作出重大贡献。 中科院常务副院长、ＬＡＭＯＳＴ工程项目领导小组负责人白春礼在今天的落成典礼上说，ＬＡＭＯＳＴ 的建成和投入观测，将使我国具备世界领先的主动光学技术和多目标光谱观测能力；将为我国天文学研 究增添高水平的观测设施和平台；将为我国在宇宙大尺度结构、银河系结构、暗能量等相关领域的研究提 供必要的条件和技术支撑。 （摘自《科技日报》）
