各向異性基底高能雷射薄膜熱效應下應力釋放機制研究

《各向異性基底高能雷射薄膜熱效應下應力釋放機制研究》是依託同濟大學，由張錦龍擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：各向異性基底高能雷射薄膜熱效應下應力釋放機制研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：張錦龍
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

各向異性光學晶體是雷射二極體泵浦固體雷射器（DPSSL）的核心元件，而各向異性基底多功能光學薄膜的性能是DPSSL向高功率、集成化發展的關鍵。由於材料特性的差異，各向異性基底光學薄膜在高能雷射熱效應下極易開裂損傷，直接影響雷射穩定性和輸出質量。目前國內外在這方面研究極為有限，嚴重阻礙了高平均功率DPSSL的發展，因此研究各向異性基底高能雷射薄膜熱效應下應力釋放機制具有重要科學意義和套用價值。本項目針對各向異性基底較厚光學薄膜熱致開裂問題開展理論模擬和實驗研究，建立各向異性基底高能雷射薄膜熱效應下應力釋放的理論模型，系統研究不同各向異性基底表面二向色膜熱致開裂的微觀結構，分析熱致開裂現象與各向異性基底、薄膜結構、工藝參數的定性關係，明確其限制性因素，探索各向異性基底薄膜應力及界面缺陷控制方法，實現各向異性基底高能雷射多功能薄膜的研製，為我國高功率DPSSL的發展提供關鍵基礎技術支撐。

結題摘要

各向異性光學晶體是雷射二極體泵浦固體雷射器（DPSSL）的核心元件，而各向異性基底多功能光學薄膜的性能是DPSSL向高功率、集成化發展的關鍵。本項目針對各向異性基底較厚光學薄膜熱致開裂問題開展理論模擬和實驗研究，研究工作的開展基本上按照項目的研究計畫和實施方案進行，完成了項目的研究內容和研究目標。主要取得了三方面的研究成果：1、建立各向異性基底高能雷射薄膜熱效應下應力釋放的理論模型，實現各向異性基底薄膜的熱應力分布以及應變情況模擬，研究了薄膜中納米吸收缺陷、微裂紋等結構對薄膜熱效應下開裂損傷中的作用。2、系統研究不同各向異性基底表面二向色膜熱致開裂的微觀結構，分析熱致開裂現象與各向異性基底、薄膜結構、工藝參數的定性關係。研究了常用薄膜材料的薄膜力學特性，並探索了HfO2-SiO2混合膜力學、微觀結構特性；合理選擇工藝條件製備不同厚度HfO2/SiO2薄膜結構的二向色膜，分析了不同晶體上不同厚度多層膜的薄膜表面熱致開裂現象變化規律；深入研究了各向異性最顯著的LBO晶體表面薄膜的力學特性。3、探索各向異性基底薄膜應力及界面缺陷控制方法，實現各向異性基底高能雷射多功能薄膜製備。基於單層HfO2、SiO2、Al2O3材料薄膜應力特性研究，最佳化設計並實現了滿足光學特性要求、電場分布較小、應力最佳化的二向色膜結構；針對YAG、LBO等不同晶體特性，最佳化清洗溶劑的濃度，改變超音波頻率、清洗溶劑等工藝參數實現了各向異性晶體的無損、高效清洗；針對各向異性最明顯的LBO晶體，最佳化薄膜材料有效防止薄膜破裂，實現力學、損傷性能提升。實驗表明在NdYVO4，YAG，LiNbO3晶體基板上可以實現6um以上二向色膜製備。 相關研究工作發表Optics Letters(1篇)、Optics Express（1篇）、Applied Optics（2篇）等SCI和EI檢索文章7篇，相關工藝技術研究申請發明專利3項，其中一項已獲授權，近3年來1次在光學干涉薄膜方面的國際會議上做邀請報告，1次做口頭報告。培養碩士研究生一名，與中物院參研青年積極合作，提供了要求的樣品及技術總結報告。