Pagrindinis šio darbo tikslas - eksperimentiškai ir teoriškai išnagrinėti fundamentinius bei technologinius veiksnius, apribojančius dielektrinių dangų optinį atsparumą pasikartojantiems femtosekundinės trukmės lazerio impulsams. Specialiai šiems tyrimams atlikti buvo sukurta automatizuota eksperimentinė įranga, kuri pagreitino pažeidimo slenksčio matavimus ir minimizavo žmogiškąjį faktorių. Darbo metu eksperimentiškai buvo tiriamos tiek vienasluoksnės TiO2, tiek ir didelio atspindžio koeficiento daugiasluoksnės ZrO2/SiO2, HfO2/SiO2, Ta2O5/SiO2 bei TiO2/SiO2 dangos, padengtos skirtingais būdais. Pirmą kartą eksperimentiškai pademonstruota, kad dėl daugiafotonės sugerties įtakos dielektrinių dangų pažeidimo slenkstis, tolydžiai keičiant femtosekundinių impulsų bangos ilgį, kinta šuoliškai. Kartu pademonstruotos ir teorinės šio rezultato prielaidos. Eksperimentiškai pademonstruota, kad didelio atspindžio koeficiento dangose stovinčiosios elektromagnetinės bangos pūpsnius „perstūmus“ į žemesnio lūžio rodiklio sluoksnius padidėja optinis atsparumas ir femtosekundinei lazerinei spinduliuotei. Taip pat eksperimentiškai buvo nustatyti įvairių dangų, dengtų jonapluoščio dulkinimo, elektronpluoščio nusodinimo su papildomu jonų tankinimu ir be jo technologijomis, pažeidimo slenksčiai įvairios trukmės ir įvairių bangos ilgių femtosekundiniams impulsams. Teoriškai išnagrinėtas vadinamojo S-į-1 pažeidimo tikimybės matavimo atvejis, kai lazerinės spinduliuotės erdviniai ir energetiniai... [toliau žr. visą tekstą] / The present Ph.D. thesis is the experimental and theoretical analysis of the femtosecond laser pulse induced damage processes in thin film dielectric coatings. Experimental investigations were performed by automated metrological facility designed for S-on-1 laser-induced damage threshold measurements. Femtosecond repetitive pulses (1 kHz) either at fixed 800 nm and 400 nm wavelengths or continuously tunable in 590 nm to 750 nm spectral range were used. The sensitivity of assembled metrological facility was sufficient to determine the influence of various deposition factors (process parameters and coating materials) on LIDT of optical coatings. Our experimental investigations on multi-layer ZrO2/SiO2, HfO2/SiO2, Ta2O5/SiO2, TiO2/SiO2 high reflection coatings and single-layer TiO2 have yielded several important results. To summarize: stepwise change of LIDT values was experimentally observed at the wavelength where two-photon absorption changes to three-photon absorption. This confirms that multiphoton absorption is one of the main damage mechanisms in femtosecond range. The multilayer coatings deposited by IAD and e-beam techniques on substrates having roughness of 0.64 nm or smaller showed similar LIDT values. Moreover, it was also confirmed that suppressing of standing wave electric field intensity at the outer layers of high refractive index improves the optical resistance of high reflectivity coatings also for femtosecond pulses. Furthermore, the model of the... [to full text]

The present Ph.D. thesis is the experimental and theoretical analysis of the femtosecond laser pulse induced damage processes in thin film dielectric coatings. Experimental investigations were performed by automated metrological facility designed for S-on-1 laser-induced damage threshold measurements. Femtosecond repetitive pulses (1 kHz) either at fixed 800 nm and 400 nm wavelengths or continuously tunable in 590 nm to 750 nm spectral range were used. The sensitivity of assembled metrological facility was sufficient to determine the influence of various deposition factors (process parameters and coating materials) on LIDT of optical coatings. Our experimental investigations on multi-layer ZrO2/SiO2, HfO2/SiO2, Ta2O5/SiO2, TiO2/SiO2 high reflection coatings and single-layer TiO2 have yielded several important results. To summarize: stepwise change of LIDT values was experimentally observed at the wavelength where two-photon absorption changes to three-photon absorption. This confirms that multiphoton absorption is one of the main damage mechanisms in femtosecond range. The multilayer coatings deposited by IAD and e-beam techniques on substrates having roughness of 0.64 nm or smaller showed similar LIDT values. Moreover, it was also confirmed that suppressing of standing wave electric field intensity at the outer layers of high refractive index improves the optical resistance of high reflectivity coatings also for femtosecond pulses. Furthermore, the model of the... [to full text] / Pagrindinis šio darbo tikslas - eksperimentiškai ir teoriškai išnagrinėti fundamentinius bei technologinius veiksnius, apribojančius dielektrinių dangų optinį atsparumą pasikartojantiems femtosekundinės trukmės lazerio impulsams. Specialiai šiems tyrimams atlikti buvo sukurta automatizuota eksperimentinė įranga, kuri pagreitino pažeidimo slenksčio matavimus ir minimizavo žmogiškąjį faktorių. Darbo metu eksperimentiškai buvo tiriamos tiek vienasluoksnės TiO2, tiek ir didelio atspindžio koeficiento daugiasluoksnės ZrO2/SiO2, HfO2/SiO2, Ta2O5/SiO2 bei TiO2/SiO2 dangos, padengtos skirtingais būdais. Pirmą kartą eksperimentiškai pademonstruota, kad dėl daugiafotonės sugerties įtakos dielektrinių dangų pažeidimo slenkstis, tolydžiai keičiant femtosekundinių impulsų bangos ilgį, kinta šuoliškai. Kartu pademonstruotos ir teorinės šio rezultato prielaidos. Eksperimentiškai pademonstruota, kad didelio atspindžio koeficiento dangose stovinčiosios elektromagnetinės bangos pūpsnius „perstūmus“ į žemesnio lūžio rodiklio sluoksnius padidėja optinis atsparumas ir femtosekundinei lazerinei spinduliuotei. Taip pat eksperimentiškai buvo nustatyti įvairių dangų, dengtų jonapluoščio dulkinimo, elektronpluoščio nusodinimo su papildomu jonų tankinimu ir be jo technologijomis, pažeidimo slenksčiai įvairios trukmės ir įvairių bangos ilgių femtosekundiniams impulsams. Teoriškai išnagrinėtas vadinamojo S-į-1 pažeidimo tikimybės matavimo atvejis, kai lazerinės spinduliuotės erdviniai ir energetiniai... [toliau žr. visą tekstą]

Disertacijos tikslas buvo nustatyti fizikines priežastis, ribojančias dielektrinių optinių dangų spektrinius parametrus bei jų atsparumą lazerio spinduliuotei ir pateikti įvairių jų gamybos etapų – optinių pagrindukų paruošimo dengimo procesui, optinių dangų struktūros bei dengimo technologijų optimizavimo rekomendacijas optinių komponentų gamintojams. Šiame darbe buvo atlikta komerciškai poliruotų kvarco pagrindukų visapusiška paviršiaus analize, kuri parodė, kad paviršiuje esama poliravimo medžiagų liekanų įstrigusių įvairiuose rėžiuose bei mikrotrūkiuose ir “paslėptų” po taip vadinamu Bilbio sluoksniu. Siekiant nuėsdinti šį sluoksnį ir pašalinti poliravimo medžiagų liekanas, buvo sukurta cheminio ėsdinimo HF/HNO3 tirpale metodika. Nustatyta, kad ėsdintų kvarco pagrindukų pažaidos lazerio spinduliuotei slenkstis padidėjo apie 4 kartus. Šiame darbe didelis dėmesys buvo skiriamas naujų optinių dangų modelių paieškai ir dangų formavimui, naudojant ZrO2/SiO2 medžiagų mišinius. Panaudojant metalų oksidų mišinių sluoksnius, buvo suformuotos didelio atsparumo skaidrinančios dangos ant netiesinių LBO kristalų bei didelio atspindžio periodiškai kintančio lūžio rodiklio optinės dangos ant kvarco pagrindukų. Šiame darbe buvo pasirinktas magnetroninio dulkinimo technologijos, kuri yra santykinai nauja optinių dangų industrijoje, optimizavimas. Pirma kartą pademonstruota reaktyvaus magnetroninio dulkinimo proceso valdymas, panaudojant kombinuotą reaktyviųjų dujų jutiklį. Jo pagalba buvo... [toliau žr. visą tekstą] / The main aim of this dissertation was to identify physical causes that limit optical component‘s spectral properties and resistance to laser radiation as well as to optimize the final substrate preparation procedure and coating deposition technology. In this work we report an experimental investigation of subsurface damage (SSD) in conventionally polished fused silica (FS) substrates, which are widely used in laser applications and directly influence performances of optical elements. Subsurface damages are defined as residual digs and scratches, some of which are filled with polishing slurry and covered with so-called Bielby layer (polished layer). Acid etching procedure of FS substrates was developed, which allows removing polished layer and eliminating SSD. Different durations of acid etching have been used to study laser induces damage threshold (LIDT) of FS substrates. These experiments revealed that the optimal etching time is ~1 min for a given acid concentration. LIDT of etched FS samples increased ~4 times. The LIDT in LiB3O5 (LBO) crystals coated with different types of (single AR@355 nm and triple AR@355+532+1064 nm wavelength) anti-reflective coatings was also investigated. All these coatings were produced of different oxide materials (ZrO2, Al2O3, and SiO2) and ZrO2-SiO2 mixtures by using the ion beam sputtering (IBS) deposition technique. Also, we present explorations of reactive magnetron sputtering technology for deposition of ZrO2 and Nb2O5/SiO2 mixture thin... [to full text]

The main aim of this dissertation was to identify physical causes that limit optical component‘s spectral properties and resistance to laser radiation as well as to optimize the final substrate preparation procedure and coating deposition technology. In this work we report an experimental investigation of subsurface damage (SSD) in conventionally polished fused silica (FS) substrates, which are widely used in laser applications and directly influence performances of optical elements. Subsurface damages are defined as residual digs and scratches, some of which are filled with polishing slurry and covered with so-called Bielby layer (polished layer). Acid etching procedure of FS substrates was developed, which allows removing polished layer and eliminating SSD. Different durations of acid etching have been used to study laser induces damage threshold (LIDT) of FS substrates. These experiments revealed that the optimal etching time is ~1 min for a given acid concentration. LIDT of etched FS samples increased ~4 times. The LIDT in LiB3O5 (LBO) crystals coated with different types of (single AR@355 nm and triple AR@355+532+1064 nm wavelength) anti-reflective coatings was also investigated. All these coatings were produced of different oxide materials (ZrO2, Al2O3, and SiO2) and ZrO2-SiO2 mixtures by using the ion beam sputtering (IBS) deposition technique. Also, we present explorations of reactive magnetron sputtering technology for deposition of ZrO2 and Nb2O5/SiO2 mixture thin... [to full text] / Disertacijos tikslas buvo nustatyti fizikines priežastis, ribojančias dielektrinių optinių dangų spektrinius parametrus bei jų atsparumą lazerio spinduliuotei ir pateikti įvairių jų gamybos etapų – optinių pagrindukų paruošimo dengimo procesui, optinių dangų struktūros bei dengimo technologijų optimizavimo rekomendacijas optinių komponentų gamintojams. Šiame darbe buvo atlikta komerciškai poliruotų kvarco pagrindukų visapusiška paviršiaus analize, kuri parodė, kad paviršiuje esama poliravimo medžiagų liekanų įstrigusių įvairiuose rėžiuose bei mikrotrūkiuose ir “paslėptų” po taip vadinamu Bilbio sluoksniu. Siekiant nuėsdinti šį sluoksnį ir pašalinti poliravimo medžiagų liekanas, buvo sukurta cheminio ėsdinimo HF/HNO3 tirpale metodika. Nustatyta, kad ėsdintų kvarco pagrindukų pažaidos lazerio spinduliuotei slenkstis padidėjo apie 4 kartus. Šiame darbe didelis dėmesys buvo skiriamas naujų optinių dangų modelių paieškai ir dangų formavimui, naudojant ZrO2/SiO2 medžiagų mišinius. Panaudojant metalų oksidų mišinių sluoksnius, buvo suformuotos didelio atsparumo skaidrinančios dangos ant netiesinių LBO kristalų bei didelio atspindžio periodiškai kintančio lūžio rodiklio optinės dangos ant kvarco pagrindukų. Šiame darbe buvo pasirinktas magnetroninio dulkinimo technologijos, kuri yra santykinai nauja optinių dangų industrijoje, optimizavimas. Pirma kartą pademonstruota reaktyvaus magnetroninio dulkinimo proceso valdymas, panaudojant kombinuotą reaktyviųjų dujų jutiklį. Jo pagalba buvo... [toliau žr. visą tekstą]