en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2026-93-07-80-87
УДК: 543.42, 543.51, 535.21
Влияние межфазных границ на лазерную стойкость многослойных оптических покрытий
Скворцов Л.А., Старцев В.В., Черномырдин С.В. Влияние межфазных границ на лазерную стойкость многослойных оптических покрытий // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 7. С. 80–87. DOI: 10.17586/1023-5086-2026-93-07-80-87
Skvortsov L.A., Startsev V.V., Chernomyrdin S.V. The influence of interphase boundaries on laser resistance of multilayer optical coatings [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 7. P. 80–87. DOI: 10.17586/1023-5086-2026-93-07-80-87
Предмет исследования. Механизмы, ответственные за особенности лазерного воздействия на оптические покрытия, состоящие из чередующихся слоев диоксида кремния (SiO2) и диоксида титана (TiO2) в непрерывном режиме генерации на разных длинах волн оптического излучения. Цель работы. Обоснование влияния межфазных границ между отдельными слоями оптических покрытий TiO2/SiO2 на процесс их лазерного повреждения в непрерывном режиме генерации на разных длинах волн излучения. Метод. Для выяснения причин, ответственных за лазерное разрушение, применялся метод фототермической интерферометрии с общим ходом лучей. Основные результаты. Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что механизмы, ответственные за лазерное повреждение многослойных оптических покрытий TiO2/SiO2 в непрерывном режиме на длинах волн 1,06 и 0,53 мкм, отличаются друг от друга. В видимом диапазоне спектра обнаружено аномальное снижение лазерной стойкости многослойных покрытий, сопровождаемое экспоненциальным ростом поглощения в случае, когда верхним слоем является диоксид кремния. Кроме того, наблюдается необратимое увеличение лазерной стойкости покрытий с верхним слоем из SiO2 при предварительном облучении образца лазерным излучением на длине волны 0,53 мкм (лазерный отжиг) с допороговой плотностью мощности. Практическая значимость. Результаты работы позволяют сформулировать рекомендации по увеличению лазерной стойкости покрытий TiO2/SiO2.
оптические покрытия, диоксид титана, фототермическая интерферометрия с общим ходом лучей, нелинейное поглощение, межфазные границы, лазерное повреждение, необратимое увеличение лазерной стойкости, лазерный отжиг
Коды OCIS: 160.3730, 350.3450; 350.5340; 300.6490
Список источников:1. Зверев Г.М., Колодный Г.Я., Порядин Ю.Д. О стойкости интерференционных диэлектрических зеркал к действию лазерного излучения // Квант. электрон. 1978. Т. 5. № 1. С. 44–50.
Zverev G.M., Kolodnyĭ G.Y., Poryadin Y.D. Resistance of dielectric-coated interference mirrors to laser-induced damage [in Russian] // Soviet J. Quantum Electronics. 1978. V. 8. № 1. P. 20.
2. Velpula P.K., Kramer D., Rus B. Femtosecond laser-induced damage characterization of multilayer dielectric coatings // Coatings. 2020. V. 10. № 6. P. 603. DOI: 10.3390/coatings10060603
3. Field E.S., Bellum J.C., Kletecka D.E. Laser damage comparisons of broad-bandwidth, high-reflection optical coatings containing TiO2, Nb2O5, or Ta2O5 high index layers // Laser-Induced Damage in Optical Materials: 2013. SPIE, 2013. V. 8885. P. 251–258. https://doi.org/10.1117/12.2030068
4. Negres R.A. 1077-nm, CW mirror thin film damage competition // Laser-Induced Damage in Optical Materials: 2022. SPIE, 2022. V. 12300. P. 1230002. DOI: 10.1117/12.2641371
5. Zhang X., Emmert L.A., Rudolph W. Time-dependent absorption of TiO2 optical thin films under pulsed and continuous wave 790 nm laser irradiation // Appl. Opt. 2013. V. 52. № 34. P. 8245–8251. DOI: 10.1364/AO.52.008245
6. Gallas B., Brunet-Bruneau A., Fisson S., et al. SiO2–TiO2 interfaces studied by ellipsometry and X-ray photoemission spectroscopy // J. Appl. Phys. 2002. V. 92. № 4. P. 1922–1928. DOI: 10.1063/1.1494843
7. Зверев Г.М., Скворцов Л.А. Особенности процесса разрушения диэлектрических покрытий в непрерывном режиме генерации // Известия АН СССР. Сер. Физическая. 1981. Т. 45. № 3. С. 644.
Zverev G.M., Skvortsov L.A. Features of the process of destruction of dielectric coatings in the continuous generation mode [in Russian] // Bulletin of the USSR Academy of Sciences. Physical Series. 1981. V. 45. № 3. P. 644.
8. Скворцов Л.А. Лазерная фототермическая спектроскопия индуцированного светом поглощения // Квант. электрон. 2013. Т. 43. № 1. С. 1–13.
Skvortsov L.A. Laser photothermal spectroscopy of light-induced absorption // Quantum Electronics. 2013. V. 43. № 1. P. 1–13. DOI: 10.1070/QE2013v043n01ABEH014912
9. Alexandrovski A., Fejer M., Markosian A., et al. Photothermal common-path interferometry (PCI): New developments // Solid State Lasers XVIII: Technology and Devices. SPIE, 2009. V. 7193. P. 79–91. DOI: 10.1117/12.814813
10. Bak T., Nowotny J., Nowotny M.K. Defect disorder of titanium dioxide // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. № 43. P. 21560–21567. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jp063700k
11. Xu C., Yi P., Fan, H., et al. Correlations between the oxygen deficiency and the laser damage resistance of different oxide films // Appl. Surface Sci. 2014. V. 289. P. 141–144. DOI: 10.1016/j.apsusc.2013.10.121
12. Di Valentin C., Pacchioni G., Selloni A. Reduced and n-type doped TiO2: Nature of Ti3+ species // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. № 48. P. 20543–20552. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jp9061797
13. Khan J., Han L. Oxygen vacancy in TiO2: Production methods and properties. Rijeka, Croatia: IntechOpen, 2023.
14. Kuznetsov V.N., Serpone N. Visible light absorption by various titanium dioxide specimens // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. № 50. P. 25203–25209. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jp064253b
15. Yao J., Shao J., He H., et al. Effects of annealing on laser-induced damage threshold of TiO2/SiO2 high reflectors // Appl. Surface Sci. 2007. V. 53. № 22. P. 8911–8914. DOI: 10.1016/j.apsusc.2007.05.005
16. Новопашин В.В., Скворцов Л.А., Скворцова М.И. Влияние нестехиометрии состава на оптические свойства плёнок диоксида титана // Оптический журнал. 2018. Т. 85. № 12. С. 77–82. DOI: 10.17586/1023-5086-2018-85-12-77-82
Novopashin V.V., Skvortsov L.A., Skvortsova M.I. Effect of composition nonstoichiometry on the optical properties of titanium dioxide films // J. Opt. Technol. 2018. V. 85. № 12. P. 803–807. DOI: 10.1364/JOT.85.000803
17. Wang B., Qin Y., Ni X., et al. Effect of defects on long-pulse laser-induced damage of two kinds of optical thin films // Appl. Opt. 2010. V. 49. № 29. P. 5537–5544. DOI: 10.1364/AO.49.005537
18. Pustovalov V.K. Heating of nanoparticles and their environment by laser radiation and applications // Nanotechnol. and Precision Eng. 2024. V. 7. № 1. DOI: 10.1063/10.0022560
19. Nishikawa H., Ihara T., Kasuya N., et al. Thermally-induced activation of titanium dioxide and its application to the oxidation of gaseous toluene // Appl. Surface Sci. 2019. V. 479. P. 1105–1109. DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.02.190
20. Wu Z., Tan C.Z., Arndt J., et al. Relaxation of dielectric thin films under Ar+ laser irradiation // 24th Annual Boulder Damage Symp. Proc. Laser-Induced Damage in Optical Materials: 1992. SPIE, 1993. V. 1848. P. 224–233. DOI: 10.1117/12.147427
21. Hsu L.S., Rujkorakarn R., Sites J.R., et al. Thermally induced crystallization of amorphous‐titania films // J. Appl. Phys. 1986. V. 59. № 10. P. 3475–3480. DOI: 10.1063/1.336817
22. Review of structural influences on the laser damage thresholds of oxide coatings // 27th Annual Boulder Damage Symp.: Laser-Induced Damage in Optical Materials: 1995. SPIE, 1996. V. 2714. P. 316–330. DOI: 10.1117/12.240376