6 / 2021-09-28 12:04:01

1064nm激光高反膜残余应力及其形变分析

residual stress,surface shape,ERT,birth-death element;

1064nm激光高反膜残余应力及其形变分析

李阳¹，徐均琪¹，于淼¹，刘政²，苏俊宏¹

1 西安工业大学，陕西省西安市未央区学府中路2号，710021

2 西安光学精密机械研究，陕西省西安市长安区新型工业园信息大道17号西安光机所，710119

摘要：减小高反镜镀膜后较大的面型变化。以单层膜残余应力为依据，采用等效参考温度和生死单元技术，仿真分析基底和膜层的残余应力分布及其对高反镜面型的影响。采用电子束热蒸发制备薄膜，使用激光干涉仪测试其镀膜前后的面型，分析膜料以及膜系对高反镜面型的影响。实验发现熔石英基底上高低折射率材料(TiO₂、HfO₂、H4和SiO₂)的本征应力在残余应力中起主导作用，熔石英上高折射率氧化物表现为拉应力，SiO₂表现为压应力。仿真发现多层膜残余应力呈现层状分布，整体膜-基残余应力从基底到膜层由拉应力变为压应力，再由压应力变为拉应力，残余应力主要集中在膜层处。基底应力较小中性面在距离基底下表面三分之一处，基底边缘残余应力稍微变大。对于高反膜(TiO₂/SiO₂)，TiO₂层内的残余应力为拉应力，且随着离基底下表面中心距离的增大，拉应力逐渐增大；SiO₂层内的残余应力为压应力，且随着离基底下表面中心距离的增大，压应力呈减小的趋势，膜系G│(HL)¹⁰H│A比G│(LH)¹⁰L│A面型变化更小。实验所制备不同膜料组合的高反膜均表现为压应力，其中TiO₂/SiO₂组合残余应力最小，对应面型变化也最小。制备不同口径(φ30×2mm,φ220×10mm)的高反镜，发现膜系G│(HL)¹⁰H│A均比G│(LH)¹⁰L│A面型变化更小，这与仿真结果一致。对于TiO₂/SiO₂组合，熔石英基底(φ30×2mm)上膜系G│(HL)¹⁰H2L│A相对于不加补偿层的G│(HL)¹⁰H│A膜系面型变化量减小0.094λ，其抗激光损伤阈值为6.9J/cm²，比不加保护层时的抗激光损伤阈值提高2.9J/cm²，这表明当加2L应力补偿层时，在满足光谱特性和保证抗激光损伤能力的基础上，可以平衡高反膜的残余应力，从而减少高反镜面型变化。