上海光機(jī)所在水吸附與電子束高反膜性能的相互作用研究中取得進(jìn)展
近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所薄膜光學(xué)實驗室研究團(tuán)隊在水吸附與電子束高反膜性能的相互作用研究方面取得新進(jìn)展。采用致密的頂層保護(hù)層延長電子束薄膜的吸水飽和過程，對電子束薄膜的性能不穩(wěn)定性機(jī)理進(jìn)行了深入研究，并基于等效介質(zhì)理論和有限元分析方法，提出了適用于多數(shù)多孔薄膜的水蒸氣透過率計算模型。相關(guān)成果發(fā)表在《固體薄膜》（Thin Solid Films）上。 dO4{|( z
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電子束沉積的大口徑多層高反射膜是大型激光設(shè)備的關(guān)鍵部件，控制著激光從放大器組件到終端光學(xué)組件的傳輸。由于其多孔結(jié)構(gòu)特性，電子束薄膜的各項性能對環(huán)境濕度非常敏感：水分子的吸附/解吸導(dǎo)致電子束薄膜性能不穩(wěn)定，甚至?xí)档驼麄�激光系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。在鍍膜過程中的最后放氣階段，薄膜的吸水過程太過迅速，對電子束薄膜的水蒸氣透過率測量及水分子與薄膜的相互作用機(jī)理研究造成極大的困難。 |Tm !VFd
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研究人員采用致密的等離子體輔助沉積的覆蓋層將電子束薄膜的上表面隔離，水分子只能通過膜的側(cè)壁傳輸，大大延緩了電子束薄膜的吸水飽和過程，這使得電子束薄膜的水蒸氣透過率測量成為可能。研究結(jié)果表明：電子束薄膜中的水分傳輸可分為填充、穩(wěn)定、基質(zhì)膨脹和再填充四個步驟；應(yīng)力和傅里葉變換紅外分析表明水的大量吸附將導(dǎo)致薄膜應(yīng)力在初期往壓應(yīng)力方向發(fā)展，而水解反應(yīng)、基質(zhì)膨脹和薄膜中的水向冰/類冰結(jié)構(gòu)演化將造成應(yīng)力由壓應(yīng)力向張應(yīng)力方向轉(zhuǎn)化發(fā)展。借助致密的覆蓋層，提出了一種基于等效介質(zhì)理論和有限元分析方法的電子束薄膜的水蒸氣透過率計算模型。 > &p0d 0
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該項研究解析了電子束薄膜的濕致失穩(wěn)機(jī)理，為提高電子束薄膜的性能穩(wěn)定性提供了理論和實驗基礎(chǔ)，有助于提升大型激光系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。 }C#;fp" L
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相關(guān)工作得到國家青年拔尖人才專項計劃、國家自然科學(xué)基金委、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會基金、上海市青年拔尖人才項目、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等的支持。 .F(i/)vaq|
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[attachment=99190] 圖1 (a)致密層的應(yīng)力和光譜時效演化。(b)M1(無致密保護(hù)層)和M2(有致密保護(hù)層)多層高反膜的峰值反射率處的波長時效演化。(c)M2中HfO2、SiO2層折射率（1064nm處）的時效演化。(d)圖(c)中部分區(qū)域的坐標(biāo)放大圖，背景色塊表示四個連續(xù)的水傳輸步驟。 1$81E.
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[attachment=99191] 圖2 B2樣品的紅外吸收光譜在不同時效時間時的分峰。 dVFf.
[attachment=99192] 圖3 (a)B1、B2雙層膜和(b)M1、M2多層膜的應(yīng)力隨時效時間演化。 vsr[ur[eP
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圖4 (a)有致密覆蓋層時膜系中的水分子傳輸示意圖。(b)M2中HfO2、SiO2薄膜的水汽傳輸速率隨時效時間變化。插圖顯示了前20天的數(shù)據(jù)。 Ie4
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