技术领域：本发明涉及光学薄膜抗激光损伤能力技术领域，具体涉及一种提高类金刚石薄膜抗激光损伤能力的方法及其装置。
背景技术：
：类金刚石（Diamond-LikeCarbon，DLC）薄膜属于非晶（amorphous）亚稳态结构的低迁移率半导体材料，其带隙宽度一般低于2.7eV，结构上属于无定形碳，膜中的化学键主要是杂化键和杂化键。DLC薄膜具有硬度高、摩擦系数小、化学性能稳定、红外区透明等特性，可适用于酸雨、风沙、海水浸泡等恶劣的环境。DLC薄膜在机械电子、航空航天等领域已有广泛应用，具有十分广阔的应用前景。在光学领域，DLC膜主要用作红外光学元件表面的减反射保护膜。常规红外材料普遍质地柔软，易划伤、易吸潮、难以经受恶劣环境的侵蚀。DLC膜优良的性能，使其成为取代常规红外材料的首选薄膜材料。作为3~5μm和8~12μm减反射保护膜，DLC膜已部分使用在导弹、卫星等飞行器，以及各种车载、机载和舰载的导引系统中。随着大功率、高能量激光器件的不断发展和战术激光武器的出现，DLC膜的应用已面临着越来越强的挑战。无氢DLC薄膜，以其优良的减反射保护及机械化学特性等，常被用于替代常规的红外材料，但其抗激光损伤能力较差，一般只有0.2-1.0J/cm2；随着高强度激光武器的出现，DLC薄膜的应用受到限制；因此，研究学者开始对DLC膜的光学特性和激光损伤能力展开研究。目前，对DLC薄膜抗激光损伤能力低的原因报道较少。常见的提高DLC薄膜抗激光损伤能力的方法有优化薄膜制备工艺，在制备过程中进行前处理或后处理。前处理是指在薄膜沉积前或薄膜制备过程中对薄膜进行技术或工艺处理，常用的方法有：对薄膜基底材料进行清洁、基底去应力、薄膜沉积中辅助其他工艺（如增加新的电场或磁场）、增加辅助离子源、镀膜室内淬火、退火等。后处理指在薄膜制备工作完成后，对薄膜进行的相关处理，后处理常用方法有：激光预辐照、离子束轰击、退火等技术手段。不管是前处理还是后处理，都或多或少的影响或改变DLC薄膜本身的光学性能，虽然经过处理工艺后，提高了薄膜的抗激光损伤能力，但DLC薄膜的红外透过率、折射率、消光系数等也同时被影响。如何在不改变薄膜自身光学特性、光学常数的基础上，提高DLC薄膜的抗激光损伤能力，是广大研究学者密切关注的研究方向之一。
技术实现要素：
：本发明的目的，是要提供一种提高类金刚石薄膜抗激光损伤能力的方法，在不影响DLC薄膜和介质薄膜的任何光学常数和物理性能的基础上，有效提高DLC薄膜和介质薄膜薄膜的抗激光损伤能力。为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种提高类金刚石薄膜抗激光损伤能力的方法，是在DLC薄膜及介质薄膜的表面形成具有闭环的磁通路，且使闭环的磁通量具有最大的梯度。上述薄膜是DLC薄膜时，其磁场强度为0.8-1T。上述薄膜是介质薄膜时，其磁场强度为1.1-1.2T。上述磁场优选为反斥磁场，磁场力向外。对DLC薄膜的抗激光损伤能力影响更显著。为了实现上述方法，本发明提供一种用于提高类金刚石薄膜抗激光损伤能力的装置：包括导磁外框，在外框内设置有一对永磁铁，第一永磁铁和第二永磁铁，第一永磁铁和第二永磁铁的距离可调。上述第一永磁铁与螺杆连接，该螺杆设置于导磁外框上，且其轴线与第一永磁铁和第二永磁铁的中心连线重合。本发明是在光学薄膜已经制备完成且在应用过程中，通过外加磁场的方法，在激光辐照未达到薄膜表面的情况下，通过一定的磁场改变等离子体或光生电子的偏转方向，减小激光等离子体或光生电子对薄膜表面的冲击，最终实现改变薄膜的抗激光损伤能力。与现有技术相比，本发明的优点是：1、可有效提高DLC薄膜抗激光损伤能力：本方法完全不会改变薄膜的光学常数，对薄膜内部的物理结构也不会产生任何影响，但可以有效提高DLC薄膜和介质薄膜在激光辐照区域产生的热累积，增强薄膜的抗激光损伤能力，提高薄膜的激光损伤阈值。对于DLC薄膜可以将损伤阈值从0.57J/cm2提高到1.23J/cm2。对于介质薄膜，可以使激光损伤面积减少50%左右；2、方法简单有效且不影响薄膜光学性能：采用其他后处理方法，比如离子束轰击和激光预处理方法处理DLC薄膜，相当于用离子束或激光束对DLC薄膜表面的缺陷或杂质进行移除，类似于对薄膜样片表面进行抛光处理；虽然这种处理减小了杂质对激光的吸收，但是薄膜的厚度及DLC薄膜内部的sp3、sp2杂化键含量也受到了影响，相当于改变了薄膜的膜系结构，进而会影响薄膜的红外透过率或薄膜的消光系数。而本发明不影响任何薄膜光学常数和物理性能；3、装置结构简单：本发明提供的装置结构简单，仅需要一对磁铁，以及调整磁场强度的结构即可。附图说明：图1是薄膜样片在逆向磁场的示意图；图2是图1的A向示意图；图3是施加逆向相吸磁场前后DLC薄膜的损伤表面形貌；（a.无磁场下的激光损伤b.600Gs下的激光损伤)图4是施加逆向磁场前后介质薄膜的损伤表面形貌；（a.无磁场下的激光损伤b.450Gs下的激光损坏c.600Gs下的激光损伤）图5是薄膜样片在同向磁场的示意图；图6是施加同向反斥磁场前后介质薄膜的损伤表面形貌；（a.无磁场下的激光损伤b.450Gs下的激光损坏c.600Gs下的激光损伤)图7施加同向反斥磁场前后DLC薄膜的损伤表面形貌（a.无磁场下的激光损伤b.600Gs下的激光损伤）图8和图9是实验用调整磁场梯度的装置结构示意图；附图标记说明如下：1为安装基底，2导磁外框，3为第一永磁铁，4为第二永磁铁，5为螺杆。具体实施方式：下面将结合附图和实施例对本发明进行详细的说明：本发明提供一种提高类金刚石薄膜抗激光损伤能力的方法，是在DLC及介质薄膜的表面，形成具有闭环的磁通路，使得薄膜表面的磁场的梯度最大。具体的说，是在DLC及介质薄膜的表面，以生铁材料作为导磁媒介，以一定的结构，形成具有闭环的磁通路，减少磁通量的损耗，使得薄膜表面的磁场的梯度最大。使用条状方块永磁铁，保持条状磁铁与导磁端紧密贴合。同时，磁场与薄膜表面的关系是水平面上有一个相对平行的位移量，即磁铁端面横向正中心与薄膜表面呈一个水平面状态（纵向方向在一个水平面），横向保持一定的平行位移（根据永磁体的固有磁场力，一般保持在3mm的水平错位）；这样能够在薄膜表面形成既具有闭环的磁通量，有兼具较大的梯度，能够让薄膜表面因激光辐照产生的等离子体和光生电子在磁场的影响下具有较大的偏转受力。其工作原理是：在DLC及介质薄膜两侧，建立一个可调磁场，使用生铁作为导磁介质，可以在薄膜表面处形成具有闭环的磁通路；磁场力的大小根据不同材料的薄膜进行调节，经试验得出如下结论：对DLC薄膜最佳磁场强度为0.8-1T，对于介质薄膜1.1-1.2T。下面将通过测试过程对本发明进行详细地说明：实验测试方式参照国际标准ISO11254-1，搭建激光损伤阈值测试系统，采用1-on-1零几率损伤法；系统所用激光器为基模（TEM00）调QNd:YAG激光器，输出激光波长为1064nm，脉宽10ns，激光经过焦距为250mm的透镜聚焦至样品表面；薄膜样品放置在一个手动/自动一体可调的二维平台上；测量样品表面的激光光斑直径为0.8mm；以每个能级的入射激光照射薄膜表面10个点，点与点之间相互隔开，测试点间距为1.5mm，测试8组。对DLC薄膜最佳磁场强度为0.8-1T，对于介质薄膜最佳磁场强度为1.1-1.2T。一、逆向磁场（互相吸引磁场）下的薄膜损伤参见图1和图2，在所述薄膜表面，采用直接调节外部磁场力的方式，当通过调节机构6旋转，改变恒定的永磁铁块之间的间距，进而改变磁场力大小，此时加载在薄膜表面的磁场力大小随之改变。对DLC薄膜测试可知，在未施磁场的情况下激光损伤是0.57J/cm2，施加磁场后0.8T（使用高斯计测量，磁场中心450Gs，距离10mm），激光损伤阈值提高到0.84J/cm2；随着磁场强度的进一步增加到1T时，DLC薄膜激光损伤阈值也不断提高，在磁场中心600Gs时损伤阈值达到1.23J/cm2。如图3所示：通过白光干涉仪（TulysurfCCI2000）观测不同偏置电场下薄膜损伤的三维形貌图。发现激光能量密度一定的条件下，无外加磁场烧灼明显，DLC薄膜表面因为热应力导致薄膜膜层被剥裂，凹凸明显，外加磁场后损伤面积明显变小。图4所示为介质薄膜在施加磁场前后的损伤形貌对比图。通过测试可知，在未施磁场的情况下，不仅介质薄膜被严重的烧蚀，而且薄膜的基底已经出现了明显的凹坑。施加磁场后1.1T（使用高斯计测量，磁场中心450Gs，距离10mm），损伤面积减少约50%；进一步提高磁场梯度，增加到1.2T时，薄膜激光损伤得到进一步的改善，在磁场中心600Gs时损伤面积进一步减少。二、同向磁场（反斥磁场）下的薄膜损伤参见图5(a)、5(b)，采用任意一种形式设置同向磁场（反斥磁场），本实施例采用5(a)的形式。通过测试可知，在未施磁场的情况下激光损伤是0.57J/cm2，施加反斥磁场后（使用高斯计测量，磁场中心处350Gs，距离10mm），激光损伤阈值提高到0.74J/cm2；随着反斥磁场强度的进一步增加，DLC薄膜激光损伤阈值也不断提高，在磁场中心500Gs时损伤阈值达到1.34J/cm2。如图6所示，通过白光干涉仪（TulysurfCCI2000）观测不同反斥电场下薄膜损伤的三维形貌图。发现激光能量密度一定的条件下，反斥磁场能够减缓薄膜的损伤面积。特别是反斥磁场中心，磁场力向外，对DLC薄膜的抗激光损伤能力影响更显著。由上述的实验可知，反斥磁场对提高DLC薄膜抗激光损伤能力具有相对更好的效果。如图7所示，通过白光干涉仪（TulysurfCCI2000）观测不同反斥电场下介质薄膜损伤的三维形貌图。发现激光能量密度一定的条件下，反斥磁场也能够减缓介质薄膜的损伤面积。特别是反斥磁场中心，磁场力向外，对介质薄膜的抗激光损伤能力影响与相吸磁场作用几乎相当，但对提高抗激光损伤能力比未加电场时均有较大改善。由上述的实验可知，反斥磁场对提高介质薄膜抗激光损伤能力也有较大改善。为了实现上述的方法，本发明所用的装置参见图8和图9，一种用于提高类金刚石薄膜抗激光损伤能力的装置：包括导磁外框2，在外框内设置有一对永磁铁，第一永磁铁3和第二永磁铁4，所说第一永磁铁3与螺杆连接，该螺杆设置于导磁外框2上，且其轴线与第一永磁铁3和第二永磁铁4的中心连线重合。所说的导磁外框2由生铁或钢材料制得。实验中，将将磁场方向调整为横向同向磁场（互相排斥）或逆向磁场（互相吸引磁场）；DLC薄膜或介质薄膜固定在磁场中央。通过螺杆5调整第一永磁铁3和第二永磁铁4的距离，从而调整磁场大小。使用中，DLC及介质薄膜被安装于设备上。为了便于导磁外框2的固定，导磁外框2可固定设置于安装基底1上，这样DLC及介质薄膜所在的部件被设置于导磁外框2内，安装基底1用于固定整体结构。螺杆5作为磁场强度调节机构，根据需要旋转，通过第一永磁铁3与第二永磁铁4的距离变化来调整磁场大小，最终实现抗激光损伤能力的提高。