KDP晶体元件憎水减反化学薄膜的制备和研究

论文摘要

随着惯性约束核聚变在能源和军事上的应用发展,高功率激光器也日益受到更多关注。磷酸二氢钾（KDP）晶体是为惯性约束核聚变提供短波长的必不可少的谐波转换光学元件,其重要程度不言而喻。然而,长期暴露在空气中的KDP晶体容易受潮发雾,不仅降低光透过率,而且缩短其使用寿命。目前为解决这一问题国际上均采用镀膜技术,而溶胶-凝胶法制备的多孔二氧化硅（SiO2）增透膜因具有良好的光学性质和高的激光破坏阈值而被普遍采用,多孔SiO2增透膜必须具备一系列优良的特性才能满足ICF和X光激光等实验需要,例如必须有很好的增透效果,有较高的抗激光损伤阈值以及大面积成膜的均匀性,较强的薄膜强度和较长的膜层使用寿命等。无疑,镀膜性能的改进对高功率激光系统的性能和可靠性有举足轻重的作用。本文基于溶胶一凝胶法,寻找出使薄膜性能更加优越的方法。本文首先采用溶胶-凝胶法,室温中碱性催化条件下,利用正硅酸乙酯的水解缩聚反应制各出SiO2溶胶凝胶,使用旋涂和提拉法镀膜。通过紫外荧光测试发现:薄膜具有宽带增透性能。通过改变实验参数,如水含量等,得到了薄膜光透过率的最佳值。之后探索了薄膜的抗激光损伤的性能,并初步分析了影响薄膜激光损伤阈值的因素。其次研究了薄膜的表面改性,分析在不同的实验条件下,如添加三甲基氯硅烷（TMCS）,聚乙二醇（PEG）以及热处理等对薄膜憎水性能的改善,并且结合表面改性对薄膜光透过率的影响,选择出实验参数的最优值。最后研究了有机改性剂的添加对薄膜光学以及疏水的综合影响,本文选择的有机改性剂包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）、聚氨酯（PU）以及聚对苯二甲酸乙二酯（PET）,实验表明PMMA和PS不仅可以使薄膜的疏水性能显著的提高,最高达140°左右,且同时薄膜的光学最高透过率仍保持高达98%以上。通过对各种实验参数和实验方法的性能测试比较,最终发现TMCS,PEG,PMMA和PS可以显著提高薄膜的疏水性能,同时不会引起薄膜光透过率的明显下降,为宽带减反憎水薄膜的制备提供了一种全新的方法,且所制得薄膜性能优越。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 光学薄膜的研究概况
• 1.2.1 光学薄膜的研究历史及现状
• 1.2.2 薄膜沉积方法
• 1.2.3 溶胶-凝胶镀膜方法
• 1.2.4 光学薄膜激光损伤概述
• 1.2.4.1 激光损伤机理和影响因素
• 1.2.4.2 检测激光损伤的方法
• 1.2.4.3 提高光学元件抗激光损伤能力
• 1.2.5 光学薄膜的基本原理
• 1.2.5.1 多层膜系的普通公式
• 1.2.5.2 单层膜系的普通公式
• 1.2.6 光学薄膜的应用
• 1.3 减反膜的研究概况
• 1.3.1 减反膜的研究历史及现状
• 1.3.2 减反膜的基本原理
• 1.3.3 减反膜的应用
• 2薄膜的研究概况'>1.4 SIO₂薄膜的研究概况
• 2薄膜的研究历史及现状'>1.4.1 SiO₂薄膜的研究历史及现状
• 2薄膜的制备方法'>1.4.2 SiO₂薄膜的制备方法
• 1.4.2.1 物理气相沉积法
• 1.4.2.2 化学气相沉积法
• 1.4.2.3 热氧化法
• 1.4.2.4 液相沉积法
• 1.4.2.5 溶胶-凝胶法
• 2减反膜的表面改性'>1.4.3 SiO₂减反膜的表面改性
• 1.4.3.1 有机添加剂改性
• 1.4.3.2 氨气氛处理
• 1.4.3.3 增加薄膜表面粗糙度
• 1.5 有机-无机复合膜研究概述
• 1.5.1 有机-无机复合膜概述
• 1.5.2 溶胶-凝胶法制备有机-无机复合膜
• 1.5.3 溶胶-凝胶法制备有机-无机杂化材料的应用
• 1.6 本课题的研究内容
• 参考文献
• 2增透膜的制备及光学性能研究'>第二章 溶胶-凝胶SiO₂增透膜的制备及光学性能研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验器材及仪器
• 2.2.3 实验内容
• 2.2.4 涂膜溶胶制备
• 2.2.5 基片准备
• 2.2.6 薄膜制备
• 2.2.7 光性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 碱催化下正硅酸乙酯水解原理
• 2.3.2 聚乙二醇含量对光透过率的影响
• 2.3.3 水含量对光透过率的影响
• 2.3.4 水解反应温度的影响
• 2.3.5 薄膜激光损伤阈值的测量及聚乙二醇的影响
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 薄膜表面改性和疏水性研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验
• 3.2.1 实验内容
• 3.2.2 表面改性
• 3.2.3 热处理
• 3.2.4 性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 三甲基氯硅烷对薄膜的表面改性
• 3.3.2 聚乙二醇对薄膜疏水性的影响
• 3.3.3 热处理
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 有机添加剂和薄膜的性能改进
• 4.1 前言
• 4.2 实验
• 4.3 添加剂PMMA/PS的作用
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 PMMA/PS对薄膜疏水性的影响
• 4.3.3 PMMA/PS对光透过率的影响
• 4.3.4 PMMA/PS对薄膜结构的影响
• 4.4 添加剂PU/PET的作用
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 全文总结
• 硕士期间科研成果
• 致谢