金属/介质膜脉宽压缩光栅研究进展
发布时间：2021-01-17 10:42
超短超高能量脉冲激光作为研究光和物质相互作用的有力手段得到了广泛研究。啁啾脉冲放大系统是产生这种激光的关键部分,其中脉宽压缩光栅作为啁啾脉冲放大系统的核心组成器件,具有至关重要的作用。金属/介质膜光栅具有高衍射效率、宽工作带宽、高激光损伤阈值等优良特性,受到了广泛关注。详细综述了金属/介质膜脉宽压缩光栅的发展概况,重点分析了金属/介质膜光栅的设计原理和制作工艺,展望了金属/介质膜光栅的发展前景,旨在增进对金属/介质膜脉宽压缩光栅的了解。
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020,57(01)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
带宽和银层中最大电场的关系[37]
之后，MMDG的研究方向主要集中在其制作工艺的研究和改善。2014年，Guan等[38]指出，HfO2材料的光栅结构可以表现出较好的工作带宽，但在光栅的刻蚀过程中存在一定的困难。SiO2材料的光栅结构获得宽带宽时需要较大的槽深和线密度，但是具有LIDT较高和容易制作的优点。结合两种材料的优势，设计了一种全新结构的MMDG，其结构如图10所示，梯形光栅结构由两层SiO2夹一层HfO2构成。通过优化设计，其衍射效率优于90%的带宽可以达到200nm，优于95%的带宽达到137nm。最后，制作了50mm×50mm的光栅，测试结果表明，其实际衍射效率与计算衍射效率吻合较好，证明所设计的光栅具有良好的工艺容差。利用800nm波长45fs脉宽激光测试可得其LIDT为0.32J/cm2。尽管该光栅的衍射效率和带宽在已有报道中并不是最优的，但制作出的光栅与设计吻合良好，为光栅的实用化和制作工艺打下了基础。2014年，吴建波等[39]研究了退火温度对MMDG中MMLD的影响，发现退火对膜层表面粗糙度的影响较小，但是反射率会下降，且退火温度越高反射率下降越大。高退火温度可以提高化学清洗剂的耐受力，因此可以选择250℃退火10h作为最佳工艺参数。在此条件下，可以在保持反射率下降较小的前提下提高化学清洗耐受力。张洪等[40]认为，高温度退火处理可以增强MMLD抗化学清洗能力的原因在于Au层和SiO2层之间形成了过渡层，增强了黏附力，阻挡了酸溶液的浸入。Chen等[41-43]对MMDG的制作工艺进行了深入研究，通过对光刻胶掩模参数的修正、刻蚀过程中槽形的演变规律、不同材料的刻蚀速率、刻蚀过程的监控、光栅的清洗等方面的研究和探索，制作出了衍射效率高于90%的带宽为169nm的MMDG，带宽内的平均衍射效率达到93.7%，峰值效率为95.1%,LIDT为0.32J/cm2[38]。这是首篇公开的有关MMDG制作工艺的详细完整报道，为MMDG的制作提供了工艺指导。
MMDG的超宽带衍射光谱，MMDG参数为（315nm,173nm,140nm,0.25)[35]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Broadband achromatic phase retarder based on metal-multilayer dielectric grating[J]. 李娜,孔伟金,夏峰,云茂金. Chinese Physics B. 2018(05)
[2]多层介质膜脉冲压缩光栅激光损伤特性研究进展[J]. 邱志方,王敏辉,蒲云体,马平. 材料科学与工程学报. 2017(02)
[3]基于亚波长金属介质膜光栅的宽光谱消色差相位延迟器[J]. 李娜,孔伟金,季淑英,司维,徐志恒,车卫康,云茂金. 光学学报. 2017(02)
[4]退火对金属介质多层膜的界面扩散及抗化学清洗性能的影响[J]. 张洪,晋云霞,孔钒宇,黄昊鹏,崔云,胡国行,李响潭,葛雯娜,叶邦角. 中国激光. 2016(10)
[5]多层介质膜偏振无关光栅的研制[J]. 申碧瑶,曾理江,李立峰,颜宏. 强激光与粒子束. 2015(11)
[6]退火温度对宽带脉冲压缩光栅载体金属/介质多层高反膜的影响[J]. 吴建波,晋云霞,关贺元,孔钒宇,刘文文,刘世杰,易葵. 无机材料学报. 2014(10)
[7]HfO2顶层多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀[J]. 徐向东,刘颖,邱克强,刘正坤,洪义麟,付绍军. 物理学报. 2013(23)
[8]提高多层介质膜脉宽压缩光栅阈值的清洗方法(英文)[J]. 陈上碧,盛斌,邱克强,刘正坤,徐向东,刘颖,洪义麟,付绍军. 强激光与粒子束. 2012(11)
[9]Broadband and high efficiency metal multi-layer dielectric grating based on non-quarter-wave coatings as a reflective mirror[J]. 张文飞,孔伟金,云茂金,刘均海,孙欣. Chinese Physics B. 2012(09)
[10]飞秒激光啁啾脉冲放大中压缩光栅的等离子体清洗[J]. 葛绪雷,滕浩,郑轶,马景龙,张伟,毛婧一,陈黎明,王兆华,李玉同,蒋刚,贺端威,魏志义. 中国激光. 2012(04)
博士论文
[1]宽带脉冲压缩光栅研制：金属—介质膜光栅与后镀膜光栅[D]. 陈会.清华大学 2015
硕士论文
[1]宽光谱高衍射效率金属/介质膜光栅衍射特性研究[D]. 张文飞.青岛大学 2012
本文编号：2982721
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020,57(01)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
带宽和银层中最大电场的关系[37]
之后，MMDG的研究方向主要集中在其制作工艺的研究和改善。2014年，Guan等[38]指出，HfO2材料的光栅结构可以表现出较好的工作带宽，但在光栅的刻蚀过程中存在一定的困难。SiO2材料的光栅结构获得宽带宽时需要较大的槽深和线密度，但是具有LIDT较高和容易制作的优点。结合两种材料的优势，设计了一种全新结构的MMDG，其结构如图10所示，梯形光栅结构由两层SiO2夹一层HfO2构成。通过优化设计，其衍射效率优于90%的带宽可以达到200nm，优于95%的带宽达到137nm。最后，制作了50mm×50mm的光栅，测试结果表明，其实际衍射效率与计算衍射效率吻合较好，证明所设计的光栅具有良好的工艺容差。利用800nm波长45fs脉宽激光测试可得其LIDT为0.32J/cm2。尽管该光栅的衍射效率和带宽在已有报道中并不是最优的，但制作出的光栅与设计吻合良好，为光栅的实用化和制作工艺打下了基础。2014年，吴建波等[39]研究了退火温度对MMDG中MMLD的影响，发现退火对膜层表面粗糙度的影响较小，但是反射率会下降，且退火温度越高反射率下降越大。高退火温度可以提高化学清洗剂的耐受力，因此可以选择250℃退火10h作为最佳工艺参数。在此条件下，可以在保持反射率下降较小的前提下提高化学清洗耐受力。张洪等[40]认为，高温度退火处理可以增强MMLD抗化学清洗能力的原因在于Au层和SiO2层之间形成了过渡层，增强了黏附力，阻挡了酸溶液的浸入。Chen等[41-43]对MMDG的制作工艺进行了深入研究，通过对光刻胶掩模参数的修正、刻蚀过程中槽形的演变规律、不同材料的刻蚀速率、刻蚀过程的监控、光栅的清洗等方面的研究和探索，制作出了衍射效率高于90%的带宽为169nm的MMDG，带宽内的平均衍射效率达到93.7%，峰值效率为95.1%,LIDT为0.32J/cm2[38]。这是首篇公开的有关MMDG制作工艺的详细完整报道，为MMDG的制作提供了工艺指导。
MMDG的超宽带衍射光谱，MMDG参数为（315nm,173nm,140nm,0.25)[35]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Broadband achromatic phase retarder based on metal-multilayer dielectric grating[J]. 李娜,孔伟金,夏峰,云茂金. Chinese Physics B. 2018(05)
[2]多层介质膜脉冲压缩光栅激光损伤特性研究进展[J]. 邱志方,王敏辉,蒲云体,马平. 材料科学与工程学报. 2017(02)
[3]基于亚波长金属介质膜光栅的宽光谱消色差相位延迟器[J]. 李娜,孔伟金,季淑英,司维,徐志恒,车卫康,云茂金. 光学学报. 2017(02)
[4]退火对金属介质多层膜的界面扩散及抗化学清洗性能的影响[J]. 张洪,晋云霞,孔钒宇,黄昊鹏,崔云,胡国行,李响潭,葛雯娜,叶邦角. 中国激光. 2016(10)
[5]多层介质膜偏振无关光栅的研制[J]. 申碧瑶,曾理江,李立峰,颜宏. 强激光与粒子束. 2015(11)
[6]退火温度对宽带脉冲压缩光栅载体金属/介质多层高反膜的影响[J]. 吴建波,晋云霞,关贺元,孔钒宇,刘文文,刘世杰,易葵. 无机材料学报. 2014(10)
[7]HfO2顶层多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀[J]. 徐向东,刘颖,邱克强,刘正坤,洪义麟,付绍军. 物理学报. 2013(23)
[8]提高多层介质膜脉宽压缩光栅阈值的清洗方法(英文)[J]. 陈上碧,盛斌,邱克强,刘正坤,徐向东,刘颖,洪义麟,付绍军. 强激光与粒子束. 2012(11)
[9]Broadband and high efficiency metal multi-layer dielectric grating based on non-quarter-wave coatings as a reflective mirror[J]. 张文飞,孔伟金,云茂金,刘均海,孙欣. Chinese Physics B. 2012(09)
[10]飞秒激光啁啾脉冲放大中压缩光栅的等离子体清洗[J]. 葛绪雷,滕浩,郑轶,马景龙,张伟,毛婧一,陈黎明,王兆华,李玉同,蒋刚,贺端威,魏志义. 中国激光. 2012(04)
博士论文
[1]宽带脉冲压缩光栅研制：金属—介质膜光栅与后镀膜光栅[D]. 陈会.清华大学 2015
硕士论文
[1]宽光谱高衍射效率金属/介质膜光栅衍射特性研究[D]. 张文飞.青岛大学 2012
本文编号：2982721
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