1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜实验室，上海 201800
3 中国科学院强上海光学精密机械研究所激光材料重点实验室，上海 201800
4 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心，北京 100049
5 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
时间分辨的泵浦探测技术是研究光学元件损伤动态过程的有力手段。基于增强电荷耦合器件（ICCD）的时间分辨泵浦探测技术，对比研究了1064 nm纳秒激光辐照下HfO2/SiO2增透膜膜面处于激光入射面（正向过程）和出射面（反向过程）两种情况下的动态损伤过程。在同一能量密度（52 J/cm2）激光辐照下，正向和反向过程都产生了无膜层剥落的小坑损伤以及伴随膜层剥落的小坑损伤，但反向过程产生的小坑的横向尺寸和深度都比正向的大。有限元分析结果表明正向和反向过程中增透膜内部的基底-膜层界面场强相似，但实际损伤形貌尺寸以及依据冲击波传播速度计算得到的爆炸能量都表明反向过程沉积的能量更大，可见等离子体形成后在后续激光脉冲辐照下的发展过程决定了两种情况下的损伤差异。增透膜损伤的时间分辨研究对其损伤机制分析以及实际应用具有重要意义。
薄膜 增透膜 激光诱导损伤 时间分辨 等离子体 冲击波
1 中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学制造与检测中心，上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光材料重点实验室，上海 201800
3 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心，北京 100049
随着激光脉冲宽度极限的不断突破以及峰值功率的不断提高，脉宽压缩光栅的尺寸需要进一步增大。但反射式曝光系统所需大口径长焦距离轴镜的高精度加工检测成为制约大口径光栅制作的难题。采用计算全息补偿检测不需要复杂的设计和装调，但同样会引入非回转对称和复杂的二维投影畸变。传统的畸变校正方法由于精度受限或计算复杂不利于工程应用。提出基于数值计算的畸变校正方法，该方法具有简单通用易于编程的优点。利用800 mm口径折反镜在直径为18 m光学平台上搭建了面形检测光路，通过系统误差标定去除以及畸变校正的方法实现了高精度面形测量，经磁流变迭代加工后，面形精度RMS可收敛至0.013λ（λ=632.8 nm），这为后续大口径反射式曝光系统的建立奠定了基础。
离轴抛物面镜 计算全息图 误差标定 投影畸变校正 中国激光
2023, 50(23): 2304002
1 中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学制造与检测中心，上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
大气等离子体刻蚀是一种非接触式、材料去除可控的加工方法，在光学元件的高精度加工中具有广泛的应用前景。但是大气等离子体刻蚀后元件存在表面形貌恶化的问题，严重影响元件的性能和使用寿命。进行氢氟酸刻蚀实验，证明了元件表面形貌的恶化是由氟碳化合物和表面凹坑微结构两个原因引起的。为了解释表面凹坑微结构的形成，提出基于micro-mask壁面反射增强理论的凹坑形成模型，并开展了样品表面旋涂金纳米颗粒充当micro-mask的刻蚀实验。实验结果验证了micro-mask壁面反射增强模型的正确性，为解决大气等离子体刻蚀后元件表面形貌恶化问题提供了新的思路和方法。
壁面反射增强 熔石英 表面形貌 形成机理 大气等离子体 光学学报
2023, 43(21): 2124002
1 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室，上海 201800
4 中国科学院超强激光科学卓越创新中心，上海 201800
针对传统熔石英激光窗口在碱金属蒸气环境下易腐蚀的痛点问题，提出了在蓝宝石材料上制备增透微结构的方法，以实现耐高温、耐腐蚀的高透激光窗口。在理论仿真的基础上，采用干涉曝光与反应离子束刻蚀技术，在蓝宝石基底表面上制备了增透微结构，其对795 nm光的单面透过率达到99.23%。在此基础上，制备了双面增透微结构和一面增透微结构一面增透膜的蓝宝石窗口片，相较于蓝宝石基底，它们对795 nm光的透过率分别提升了12.13%和13.02%。高功率激光作用温升测试结果表明，当激光功率从35 W增加到99.6 W时，裸基板温度增加了5.9 ℃，但是双面增透样品的温升均为3.8 ℃，表明双面增透处理可以适当降低温升。同时，光束质量测试结果表明，当高功率激光作用下微结构窗口的温度控制在200 ℃以内时，双面增透样品的光束质量因子在横向上的变化小于0.05，在纵向上的变化小于0.06，表明该增透窗口对入射光光束质量的影响甚小。
薄膜 增透微结构 干涉曝光 反应离子束刻蚀 中国激光
2023, 50(22): 2203101
1 中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学制造与检测中心，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
首先基于一维双温模型阐明了飞秒激光与RB-SiC表面的相互作用过程，并在此基础上，开展了RB-SiC表面飞秒激光烧蚀规律与抛光工艺研究。结果表明，通过改变脉冲能量、扫描速度、扫描间距等参数，可实现对烧蚀深度和烧蚀表面质量的有效调控。但是通过飞秒激光抛光难以在RB-SiC切割表面上获得较高的表面质量，而对于RB-SiC预抛光表面，通过工艺参数调控，可将其表面粗糙度从36.9 nm抛光至11.56 nm，验证了飞秒激光抛光RB-SiC的可行性。
激光技术 粗糙度 反应烧结碳化硅 飞秒激光抛光 双温模型 中国激光
2023, 50(24): 2402203
强激光与粒子束
2023, 35(7): 071001
Author Affiliations
Abstract
1 School of Microelectronics, Shanghai University, Shanghai 200072, China
2 Department of Precision Optics Engineering, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
Overlay (OVL) for patterns placed at two different layers during microchip production is a key parameter that controls the manufacturing process. The tolerance of OVL metrology for the latest microchip needs to be at nanometer scale. This paper discusses the influence on the accuracy and sensitivity of diffraction-based overlay (DBO) after developing inspection and after etching inspection by the asymmetrical deformation of the OVL mark induced by chemical mechanical polishing or etching. We show that the accuracy and sensitivity of DBO metrology can be significantly improved by matching the measuring light wavelength to the thickness between layers and by collecting high-order diffraction signals, promising a solution for future OVL metrology equipment.
diffraction-based overlay overlay metrology accuracy lithography semiconductor microchip Chinese Optics Letters
2023, 21(7): 071204
1 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 中国科学院强激光材料重点实验室，上海 201800
4 中国科学院大学杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
5 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
目前，高反射率反射镜在激光陀螺和引力波探测等领域中有着广泛的应用。但对于反射率为99.9%~99.99%的样品，现有测试手段存在一定局限性。搭建了基于分光光度法的反射率测量装置，采用双光路测量方法，通过测量参考信号和基准信号、参考信号和测试信号的差分信号来计算反射率。与绝对值较大的参考信号、基准信号和测试信号等相比，信号差值本身相对较小，因此可以充分利用锁相放大器的灵敏度来提高反射率的测量精确度。所介绍的测量方法的精确度可达10-5，与光腔衰荡法进行对比，测量误差在0.009%以下。所提方法用简单的装置就能达到较高的精确度，满足99.9%~99.99%反射率的精确测量需求。
测量 激光光学 高反射率 分光光度法 光学薄膜 锁相放大器 中国激光
2023, 50(10): 1004002
1 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室，上海 201800
2 中国科学院强激光材料重点实验室，上海 201800
激光系统用薄膜元件既要有优异的光学性能，又要有高的激光诱导损伤阈值（LIDT）。薄膜元件的基底表面上交替沉积有高低折射率材料，通过膜厚、折射率等参数的优化可实现所需的光学性能，但元件中存在的微缺陷（如膜料喷溅缺陷、基底缺陷等）是导致LIDT降低的重要原因。通过精准定位切割、三维重构的方法，表征膜料喷溅和基底抛光产生的微缺陷的形貌结构，并对其激光辐照前后的元素分布进行了分析。研究结果为镀制工艺、基底加工工艺的改进提供了参考。
薄膜 激光损伤 微缺陷 喷溅 基底抛光
1 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室，上海 201800
2 中国科学院强激光材料重点实验室，上海 201800
3 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
4 中国科学院大学杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
提出了一种基于表面热透镜技术的热扩散率测量方法。利用脉冲泵浦光加热样品，热量沿膜层传导形成温度场，温升区域热膨胀形成表面热包，其对探测光具有调制作用，产生了表面热透镜效应。通过分析热透镜信号的相位与探测距离的关系，求出了对应泵浦光频率下的热扩散长度，进而求得热扩散率。测量了膜厚为150 nm的铬膜样品的热扩散率，所提方法的测量结果为36.9 mm2/s，与光热偏转法的测量误差仅为0.8%，与其他不同类型样品在两种方法下的测量结果也较为接近，证明了所提方法的有效性。相对于光热偏转法，所提方法具有装置简单、受环境影响较小等优点。
薄膜 激光光学 激光损伤 表面热透镜 热扩散率 中国激光
2022, 49(21): 2103101
