Scattering and mechanical loss of ultra-low loss laser coatings

ZHANG Jinlong; WANG Fumei; FANG Shenghuan; JIAO Hongfei; CHENG Xinbin; WANG Zhanshan

doi:10.37188/OPE.20223021.2655

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Scattering and mechanical loss of ultra-low loss laser coatings

更新时间：2022-11-22

- Scattering and mechanical loss of ultra-low loss laser coatings
- Optics and Precision Engineering Vol. 30, Issue 21, Pages: 2655-2677(2022)
- 作者机构：
  
  同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台，上海 200092
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20223021.2655
  CLC： TB43;O484
- Received：15 July 2022，
  
  Revised：02 August 2022，
  
  Published：10 November 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
张锦龙,王富美,方圣欢等.超低损耗激光薄膜的散射与机械损耗[J].光学精密工程,2022,30(21):2655-2677.

ZHANG Jinlong,WANG Fumei,FANG Shenghuan,et al.Scattering and mechanical loss of ultra-low loss laser coatings[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(21):2655-2677.
张锦龙,王富美,方圣欢等.超低损耗激光薄膜的散射与机械损耗[J].光学精密工程,2022,30(21):2655-2677. DOI： 10.37188/OPE.20223021.2655.

ZHANG Jinlong,WANG Fumei,FANG Shenghuan,et al.Scattering and mechanical loss of ultra-low loss laser coatings[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(21):2655-2677. DOI： 10.37188/OPE.20223021.2655.

摘要

超低损耗激光薄膜在引力波探测、光原子钟、光腔衰荡光谱等精密测量领域具有重要应用。激光谐振腔的腔长稳定性和总光学损耗决定了测量系统的灵敏度和信噪比。在薄膜材料、制备工艺和检测技术的发展下，薄膜光学损耗控制和热噪声研究方面取得了显著的进展。在光学损耗方面，薄膜吸收已能控制在亚10

量级，薄膜散射成为光学损耗的主要因素。本文重点从缺陷诱导散射和界面散射两方面梳理了薄膜散射控制的研究思路和成果，通过光学因子设计和界面功率谱密度调控降低薄膜界面散射，建立了节瘤缺陷诱导散射的理论分析模型，阐明其物理机制，提出了缺陷诱导散射的控制技术。在热噪声研究方面，主要介绍薄膜机械损耗的物理机制，通过薄膜材料体系优化降低反射薄膜的机械损耗，持续改进薄膜机械损耗的表征方法。

Abstract

Ultralow-loss laser coatings have important applications in precision measurement fields such as gravitational wave detection， optical atomic clocks， and optical cavity ring-down spectroscopy. The cavity length stability and total optical loss of the laser resonator determine the sensitivity and signal-to-noise ratio of the measurement system. With the development of thin-film materials， fabrication processes and detection techniques， significant progress has been achieved in thin-film optical loss and thermal noise research. As regards optical loss， the absorption of the thin film can be controlled at the sub-ppm level， and the scattering of the thin film has become the main contributing factor of optical loss. This paper focuses on defect-induced scattering and interface scattering and presents the research ideas and achievements of thin-film scattering control. The interface scattering of thin films is reduced through optical factor design and interface power spectral density control. The theoretical analysis model of nodule defect-induced scattering is established， and the physical mechanism and the control technology of the defect-induced scattering are proposed. With regard to thermal noise research， this paper primarily introduces the physical mechanism of thin-film mechanical loss， presents the mechanical loss reduction of reflective coating through thin-film material optimization， and the corresponding improvement in the characterization method of mechanical loss.

关键词

Keywords

references

ADHIKARI R X . Gravitational radiation detection with laser interferometry ［J］. Reviews of Modern Physics ， 2014 ， 86 （ 1 ）： 121 - 151 . doi: 10.1103/revmodphys.86.121 http://dx.doi.org/10.1103/revmodphys.86.121

JIANG Y Y ， LUDLOW A D ， LEMKE N D ， et al . Making optical atomic clocks more stable with 10-16-level laser stabilization ［J］. Nature Photonics ， 2011 ， 5 （ 3 ）： 158 - 161 . doi: 10.1038/nphoton.2010.313 http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2010.313

KUZNETSOV A G ， MOLCHANOV A V ， CHIRKIN M V ， et al . Precise laser gyroscope for autonomous inertial navigation ［J］. Quantum Electronics ， 2015 ， 45 （ 1 ）： 78 - 88 . doi: 10.1070/qe2015v045n01abeh015420 http://dx.doi.org/10.1070/qe2015v045n01abeh015420

MATSUGI A ， MIYOSHI A . Kinetics of the self-reactions of benzyl and o -xylyl radicals studied by cavity ring-down spectroscopy ［J］. Chemical Physics Letters ， 2012 ， 521 ： 26 - 30 . doi: 10.1016/j.cplett.2011.11.043 http://dx.doi.org/10.1016/j.cplett.2011.11.043

ROSENBAND T ， HUME D B ， SCHMIDT P O ， et al . Frequency ratio of Al + and Hg + single-ion optical clocks； metrology at the 17th decimal place ［J］. Science ， 2008 ， 319 （ 5871 ）： 1808 - 1812 . doi: 10.1126/science.1154622 http://dx.doi.org/10.1126/science.1154622

ANDERSON N ， LALEZARI R . High-performance mirrors excel for intracavity applications ［J］. Laser Focus World ， 2012 ， 48 （ 2 ）： 48 - 49， 51 .

PINARD L ， SASSOLAS B ， FLAMINIO R ， et al . Toward a new generation of low-loss mirrors for the advanced gravitational waves interferometers ［J］. Optics Letters ， 2011 ， 36 （ 8 ）： 1407 - 1409 . doi: 10.1364/ol.36.001407 http://dx.doi.org/10.1364/ol.36.001407

DRORI Y ， EICHHOLZ J ， EDO T ， et al . Scattering loss in precision metrology due to mirror roughness ［J］. Journal of the Optical Society of America A ， 2022 ， 39 （ 5 ）： 969 - 978 . doi: 10.1364/josaa.455127 http://dx.doi.org/10.1364/josaa.455127

HARRY G M ， GRETARSSON A M ， SAULSON P R ， et al . Thermal noise in interferometric gravitational wave detectors due to dielectric optical coatings ［J］. Classical and Quantum Gravity ， 2002 ， 19 （ 5 ）： 897 - 917 . doi: 10.1088/0264-9381/19/5/305 http://dx.doi.org/10.1088/0264-9381/19/5/305

BRAGINSKY V B ， VYATCHANIN S P . Thermodynamical fluctuations in optical mirror coatings ［J］. Physics Letters A ， 2003 ， 312 （ 3/4 ）： 244 - 255 . doi: 10.1016/s0375-9601(03)00473-0 http://dx.doi.org/10.1016/s0375-9601(03)00473-0

GORODETSKY M L . Thermal noises and noise compensation in high-reflection multilayer coating ［J］. Physics Letters A ， 2008 ， 372 （ 46 ）： 6813 - 6822 . doi: 10.1016/j.physleta.2008.09.056 http://dx.doi.org/10.1016/j.physleta.2008.09.056

EVANS M ， BALLMER S ， FEJER M ， et al . Thermo-optic noise in coated mirrors for high-precision optical measurements ［J］. Physical Review D ， 2008 ， 78 （ 10 ）： 102003 . doi: 10.1103/physrevd.78.102003 http://dx.doi.org/10.1103/physrevd.78.102003

NUMATA K ， KEMERY A ， CAMP J . Thermal-noise limit in the frequency stabilization of lasers with rigid cavities ［J］. Physical Review Letters ， 2004 ， 93 （ 25 ）： 250602 . doi: 10.1103/physrevlett.93.250602 http://dx.doi.org/10.1103/physrevlett.93.250602

LUDLOW A D ， HUANG X ， NOTCUTT M ， et al . Compact， thermal-noise-limited optical cavity for diode laser stabilization at 1 × 10 -15 ［J］. Optics Letters ， 2007 ， 32 （ 6 ）： 641 - 643 . doi: 10.1364/ol.32.000641 http://dx.doi.org/10.1364/ol.32.000641

SCHRÖDER S ， FEIGL T ， DUPARRÉ A ， et al . EUV reflectance and scattering of Mo/Si multilayers on differently polished substrates ［J］. Optics Express ， 2007 ， 15 （ 21 ）： 13997 - 14012 . doi: 10.1364/oe.15.013997 http://dx.doi.org/10.1364/oe.15.013997

KOTHA A ， HARVEY J . Scattering effects of machined optical surfaces ［C］. Optical Scattering in the Optics， Semiconductor， and Computer Disk Industries. SPIE ， 1995 ， 2541 ： 54 - 65 . doi: 10.1117/12.218340 http://dx.doi.org/10.1117/12.218340

HARVEY J E ， CHOI N ， SCHROEDER S ， et al . Total integrated scatter from surfaces with arbitrary roughness， correlation widths， and incident angles ［J］. Optical Engineering ， 2012 ， 51 （ 1 ）： 013402 . doi: 10.1117/1.oe.51.1.013402 http://dx.doi.org/10.1117/1.oe.51.1.013402

TAMKIN J M ， MILSTER T D . Effects of structured mid-spatial frequency surface errors on image performance ［J］. Applied Optics ， 2010 ， 49 （ 33 ）： 6522 - 6536 . doi: 10.1364/ao.49.006522 http://dx.doi.org/10.1364/ao.49.006522

SCHRODER S ， HERFFURTH T ， DUPARRE A ， et al . Impact of surface roughness on the scatter losses and the scattering distribution of surfaces and thin film coatings ［C］. SPIE Optical Systems Design. Proc SPIE 8169， Optical Fabrication， Testing， and Metrology IV ， Marseille， France . 2011 ， 8169 ： 158 - 165 . doi: 10.1117/12.896989 http://dx.doi.org/10.1117/12.896989

SONI S ， AUSTIN C ， EFFLER A ， et al . Reducing scattered light in LIGO's third observing Run ［J］. Classical and Quantum Gravity ， 2021 ， 38 （ 2 ）： 25016 .

LIANG W ， ILCHENKO V ， SAVCHENKOV A ， et al . Resonant microphotonic gyroscope ［J］. Optica ， 2017 ， 4 （ 1 ）： 114 - 117 . doi: 10.1364/optica.4.000114 http://dx.doi.org/10.1364/optica.4.000114

KASSAM S ， DUPARRÉ A ， HEHL K ， et al . Light scattering from the volume of optical thin films： theory and experiment ［J］. Applied Optics ， 1992 ， 31 （ 9 ）： 1304 - 1313 . doi: 10.1364/ao.31.001304 http://dx.doi.org/10.1364/ao.31.001304

吴晗，张锦龙，李刚正，等 . 单层柱状结构薄膜体散射的理论研究［J］. 光学学报， 2016 ， 36 （ 3 ）： 298 - 303 . doi: 10.3788/aos201636.0331001 http://dx.doi.org/10.3788/aos201636.0331001

WU H ， ZHANG J L ， LI G ZH ， et al . Theoretical research on volume scattering of thin films with single-layer columnar structure ［J］. Acta Optica Sinica ， 2016 ， 36 （ 3 ）： 298 - 303 . （in Chinese） . doi: 10.3788/aos201636.0331001 http://dx.doi.org/10.3788/aos201636.0331001

BERNSTEIN J ， GERLACH J W ， FINZEL A ， et al . Ion beam sputter deposition of SiO 2 thin films using oxygen ions ［J］. The European Physical Journal B ， 2022 ， 95 （ 3 ）： 39 . doi: 10.1140/epjb/s10051-022-00307-y http://dx.doi.org/10.1140/epjb/s10051-022-00307-y

HARRY G M ， ABERNATHY M R ， BECERRA-TOLEDO A E ， et al . Titania-doped tantala/silica coatings for gravitational-wave detection ［J］. Classical and Quantum Gravity ， 2007 ， 24 （ 2 ）： 405 - 415 . doi: 10.1088/0264-9381/24/2/008 http://dx.doi.org/10.1088/0264-9381/24/2/008

STEARNS D G ， GAINES D P ， SWEENEY D W ， et al . Nonspecular X-ray scattering in a multilayer-coated imaging system ［J］. Journal of Applied Physics ， 1998 ， 84 （ 2 ）： 1003 - 1028 . doi: 10.1063/1.368098 http://dx.doi.org/10.1063/1.368098

BECKMANN P ， SPIZZICHINO A . The Scattering of Electromagnetic Waves from Rough Surfaces ［M］. New York ： Macmillan ， 1963

BORN M ， WOLF E . Principles of Optics ： Electromagnetic Theory of Propagation ， Interference and Diffraction of Light ［M］. 6th ed . Oxford ： Pergamon Press ， 1980 .

ELSON J M ， RAHN J P ， BENNETT J M . Relationship of the total integrated scattering from multilayer-coated optics to angle of incidence， polarization， correlation length， and roughness cross-correlation properties ［J］. Applied Optics ， 1983 ， 22 （ 20 ）： 3207 - 3219 . doi: 10.1364/ao.22.003207 http://dx.doi.org/10.1364/ao.22.003207

CHURCH E L ， JENKINSON H A ， ZAVADA J M . Measurement of the finish of diamond-turned metal surfaces by differential light scattering ［J］. Optical Engineering ， 1977 ， 16 （ 4 ）： 360 - 374 . doi: 10.1117/12.7972054 http://dx.doi.org/10.1117/12.7972054

RICE S O . Reflection of electromagnetic waves from slightly rough surfaces ［J］. Communications on Pure and Applied Mathematics ， 1951 ， 4 （ 2/3 ）： 351 - 378 . doi: 10.1002/cpa.3160040206 http://dx.doi.org/10.1002/cpa.3160040206

CHURCH E L ， JENKINSON H A ， ZAVADA J M . Relationship between surface scattering and microtopographic features ［J］. Optical Engineering ， 1979 ， 18 （ 2 ）： 125 - 136 . doi: 10.1117/12.7972337 http://dx.doi.org/10.1117/12.7972337

ELSON J M ， BENNETT J M . Vector scattering theory ［J］. Optical Engineering ， 1979 ， 18 （ 2 ）： 116 - 124 . doi: 10.1117/12.7972336 http://dx.doi.org/10.1117/12.7972336

STOVER J C . Optical Scattering ： Measurement and Analysis ［M］. 1000 20th Street ， Bellingham， WA 98227 - 0010 USA ： SPIE ， 1995 .

KOZHEVNIKOV I V . Analysis of X-ray scattering from a rough multilayer mirror in the first-order perturbation theory ［J］. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A： Accelerators， Spectrometers， Detectors and Associated Equipment ， 2003 ， 498 （ 1/2/3 ）： 482 - 495 . doi: 10.1016/s0168-9002(02)01994-0 http://dx.doi.org/10.1016/s0168-9002(02)01994-0

HARVEY J E . Light-scattering characteristics of optical surfaces ［C］. Proc SPIE 0107， Stray Light Problems in Optical Systems ， 1977 ， 0107 ： 41 - 47 . doi: 10.1117/12.964594 http://dx.doi.org/10.1117/12.964594

HARVEY J E ， CHOI N ， KRYWONOS A . Scattering from moderately rough interfaces between two arbitrary media ［C］. SPIE Optical Engineering + Applications. Proc SPIE 7794， Optical System Contamination： Effects， Measurements， and Control 2010 ， San Diego， California， USA . 2010 ， 7794 ： 218 - 228 . doi: 10.1117/12.863995 http://dx.doi.org/10.1117/12.863995

SCHRÖDER S ， HERFFURTH T ， BLASCHKE H ， et al . Angle-resolved scattering： an effective method for characterizing thin-film coatings ［J］. Applied Optics ， 2011 ， 50 （ 9 ）： C164 - C171 . doi: 10.1364/ao.50.00c164 http://dx.doi.org/10.1364/ao.50.00c164

AMRA C ， APFEL J H ， PELLETIER E . Role of interface correlation in light scattering by a multiplayer ［J］. Applied Optics ， 1992 ， 31 （ 16 ）： 3134 - 3151 . doi: 10.1364/ao.31.003134 http://dx.doi.org/10.1364/ao.31.003134

SKELDON K D ， MACKINTOSH J ， VON GRADOWSKI M ， et al . Qualification of supermirrors for ring-laser-gyros based on surface roughness and scatter measurements ［J］. Journal of Optics A： Pure and Applied Optics ， 2001 ， 3 （ 3 ）： 183 - 187 . doi: 10.1088/1464-4258/3/3/305 http://dx.doi.org/10.1088/1464-4258/3/3/305

GEORGE J ， KNOLLENBERG B . Dual ion-beam system deposits ultra-low-loss mirrors ［J］. Laser Focus World ， 2004 ， 40 （ 11 ）： 79 - 84 .

CHO H J ， SHIN M J ， LEE J C . Effects of substrate and deposition method onto the mirror scattering ［J］. Applied Optics ， 2006 ， 45 （ 7 ）： 1440 - 1446 . doi: 10.1364/ao.45.001440 http://dx.doi.org/10.1364/ao.45.001440

TROST M ， HERFFURTH T ， SCHRÖDER S ， et al . Scattering reduction through oblique multilayer deposition ［J］. Applied Optics ， 2014 ， 53 （ 4 ）： A197 - A204 . doi: 10.1364/ao.53.00a197 http://dx.doi.org/10.1364/ao.53.00a197

GULLIKSON E M ， STEARNS D G . Asymmetric EUV scattering from sputter deposited multilayers ［J］. Physical Review ， B： Condensed Matter， 1998 ， 59（LBNL-42310）. doi: 10.1103/physrevb.59.13273 http://dx.doi.org/10.1103/physrevb.59.13273

DELL'OLIO F ， TATOLI T ， CIMINELLI C ， et al . Recent advances in miniaturized optical gyroscopes ［J］. Journal of the European Optical Society： Rapid Publications ， 2014 ， 9 . doi: 10.2971/jeos.2014.14013 http://dx.doi.org/10.2971/jeos.2014.14013

HURST R B ， RABEENDRAN N ， SCHREIBER K U ， et al . Correction of backscatter-induced systematic errors in ring laser gyroscopes ［J］. Applied Optics ， 2014 ， 53 （ 31 ）： 7610 - 7618 . doi: 10.1364/ao.53.007610 http://dx.doi.org/10.1364/ao.53.007610

ZHANG J L ， WU H ， KOZHEVNIKOV I V ， et al . Interference suppression of light backscattering through oblique deposition of a layered reflecting coating： bi-layer on a substrate ［J］. Optics Express ， 2020 ， 28 （ 21 ）： 30626 - 30643 .

BARRANCO A ， BORRAS A ， GONZALEZ-ELIPE A R ， et al . Perspectives on oblique angle deposition of thin films： from fundamentals to devices ［J］. Progress in Materials Science ， 2016 ， 76 ： 59 - 153 . doi: 10.1016/j.pmatsci.2015.06.003 http://dx.doi.org/10.1016/j.pmatsci.2015.06.003

PAN Y Q ， WU Z S ， HANG L X . Investigation of interface roughness cross-correlation properties of optical thin films from total scattering losses ［J］. Applied Surface Science ， 2010 ， 256 （ 11 ）： 3503 - 3507 . doi: 10.1016/j.apsusc.2009.12.099 http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2009.12.099

APFEL J H . Optical coating design with reduced electric field intensity ［J］. Applied Optics ， 1977 ， 16 （ 7 ）： 1880 - 1885 . doi: 10.1364/ao.16.001880 http://dx.doi.org/10.1364/ao.16.001880

AMRA C . Minimizing Scattering in Multilayers ： Technique for Searching Optimal Realization Conditions ［M］. Laser Induced Damage in Optical Materials： 1987.100 Barr Harbor Drive ， PO Box C700， West Conshohocken， PA 19428- 2959 ： ASTM International， 2009 ： 265-265 - 7 .

AMRA C ， ALBRAND G ， ROCHE P . Theory and application of antiscattering single layers： antiscattering antireflection coatings ［J］. Applied Optics ， 1986 ， 25 （ 16 ）： 2695 - 2702 . doi: 10.1364/ao.25.002695 http://dx.doi.org/10.1364/ao.25.002695

ZHANG J L ， WU H ， JIAO H F ， et al . Reducing light scattering in high-reflection coatings through destructive interference at fully correlated interfaces ［J］. Optics Letters ， 2017 ， 42 （ 23 ）： 5046 - 5049 . doi: 10.1364/ol.42.005046 http://dx.doi.org/10.1364/ol.42.005046

SCHRÖDER S ， TROST M ， HERFFURTH T ， et al . Light scattering of interference coatings from the IR to the EUV spectral regions ［J］. Advanced Optical Technologies ， 2014 ， 3 （ 1 ）： 113 - 120 . doi: 10.1515/aot-2013-0048 http://dx.doi.org/10.1515/aot-2013-0048

SCHRÖDER S ， TROST M ， GARRICK M ， et al . Origins of light scattering from thin film coatings ［J］. Thin Solid Films ， 2015 ， 592 ： 248 - 255 . doi: 10.1016/j.tsf.2015.02.077 http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2015.02.077

HERFFURTH T ， SCHRÖDER S ， TROST M ， et al . Comprehensive nanostructure and defect analysis using a simple 3D light-scatter sensor ［J］. Applied Optics ， 2013 ， 52 （ 14 ）： 3279 - 3287 . doi: 10.1364/ao.52.003279 http://dx.doi.org/10.1364/ao.52.003279

BRETT M J ， TAIT R N ， DEW S K ， et al . Nodular defect growth in thin films ［J］. Journal of Materials Science： Materials in Electronics ， 1992 ， 3 （ 1 ）： 64 - 70 . doi: 10.1007/bf00701096 http://dx.doi.org/10.1007/bf00701096

DONG S Y ， JIAO H F ， WANG Z S ， et al . Interface and defects engineering for multilayer laser coatings ［J］. Progress in Surface Science ， 2022 ， 97 （ 3 ）： 100663 . doi: 10.1016/j.progsurf.2022.100663 http://dx.doi.org/10.1016/j.progsurf.2022.100663

LIAO B ， SMITH D ， MCINTYRE B . The Formation and Development of Nodular Defects in Optical Coatings ［M］. ASTM International ， 1988 .

ZHANG L ， WEI Z Y ， ZHANG J L ， et al . Quantitative assessment and suppression of defect-induced scattering in low-loss mirrors ［J］. Optics Letters ， 2018 ， 43 （ 24 ）： 6025 - 6028 . doi: 10.1364/ol.43.006025 http://dx.doi.org/10.1364/ol.43.006025

LI H R ， WEI Z Y ， ZHANG J L ， et al . Anomalous light scattering from multilayer coatings with nodular defects ［J］. Optics Express ， 2022 ， 30 （ 4 ）： 5414 - 5422 . doi: 10.1364/oe.446917 http://dx.doi.org/10.1364/oe.446917

STOLZ C J ， WOLFE J E ， ADAMS J J ， et al . High laser-resistant multilayer mirrors by nodular defect planarization ［J］. Applied Optics ， 2014 ， 53 （ 4 ）： A291 - A296 . doi: 10.1364/ao.53.00a291 http://dx.doi.org/10.1364/ao.53.00a291

STOLZ C J ， WOLFE J E ， MIRKARIMI P B ， et al . Substrate and coating defect planarization strategies for high-laser-fluence multilayer mirrors ［J］. Thin Solid Films ， 2015 ， 592 ： 216 - 220 . doi: 10.1016/j.tsf.2015.04.047 http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2015.04.047

CROOKS D M ， SNEDDON P ， CAGNOLI G ， et al . Excess mechanical loss associated with dielectric mirror coatings on test masses in interferometric gravitational wave detectors ［J］. Classical and Quantum Gravity ， 2002 ， 19 （ 5 ）： 883 - 896 . doi: 10.1088/0264-9381/19/5/304 http://dx.doi.org/10.1088/0264-9381/19/5/304

ABBOTT B P ， ABBOTT R ， ABBOTT T D ， et al . GW150914： the advanced LIGO detectors in the era of first discoveries ［J］. Physical Review Letters ， 2016 ， 116 （ 13 ）： 131103 .

CALLEN H B ， GREENE R F . On a theorem of irreversible thermodynamics ［J］. Physical Review ， 1952 ， 86 （ 5 ）： 702 - 710 . doi: 10.1103/physrev.86.702 http://dx.doi.org/10.1103/physrev.86.702

TRINASTIC J P ， HAMDAN R ， BILLMAN C ， et al . Molecular dynamics modeling of mechanical loss in amorphous tantala and titania-doped tantala ［J］. Physical Review B ， 2016 ， 93 ： 014105 . doi: 10.1103/physrevb.93.014105 http://dx.doi.org/10.1103/physrevb.93.014105

HAMDAN R ， TRINASTIC J P ， CHENG H P . Molecular dynamics study of the mechanical loss in amorphous pure and doped silica ［J］. The Journal of Chemical Physics ， 2014 ， 141 （ 5 ）： 054501 . doi: 10.1063/1.4890958 http://dx.doi.org/10.1063/1.4890958

PHILLIPS W A . Tunneling states in amorphous solids ［J］. Journal of Low Temperature Physics ， 1972 ， 7 （ 3 ）： 351 - 360 . doi: 10.1007/bf00660072 http://dx.doi.org/10.1007/bf00660072

ANDERSON P W ， HALPERIN B I ， VARMA C M . Anomalous low-temperature thermal properties of glasses and spin glasses ［J］. Philosophical Magazine ， 1972 ， 25 （ 1 ）： 1 - 9 . doi: 10.1080/14786437208229210 http://dx.doi.org/10.1080/14786437208229210

PENN S D ， SNEDDON P H ， ARMANDULA H ， et al . Mechanical loss in tantala/silica dielectric mirror coatings ［J］. Classical and Quantum Gravity ， 2003 ， 20 （ 13 ）： 2917 - 2928 . doi: 10.1088/0264-9381/20/13/334 http://dx.doi.org/10.1088/0264-9381/20/13/334

FLAMINIO R ， FRANC J ， MICHEL C ， et al . A study of coating mechanical and optical losses in view of reducing mirror thermal noise in gravitational wave detectors ［J］. Classical and Quantum Gravity ， 2010 ， 27 （ 8 ）： 084030 . doi: 10.1088/0264-9381/27/8/084030 http://dx.doi.org/10.1088/0264-9381/27/8/084030

MARTIN I W ， CHALKLEY E ， NAWRODT R ， et al . Comparison of the temperature dependence of the mechanical dissipation in thin films of Ta 2 O 5 and Ta 2 O 5 doped with TiO 2 ［J］. Classical and Quantum Gravity ， 2009 ， 26 （ 15 ）： 155012 . doi: 10.1088/0264-9381/26/15/155012 http://dx.doi.org/10.1088/0264-9381/26/15/155012

BASSIRI R ， EVANS K ， BORISENKO K B ， et al . Correlations between the mechanical loss and atomic structure of amorphous TiO 2 -doped Ta 2 O 5 coatings ［J］. Acta Materialia ， 2013 ， 61 （ 4 ）： 1070 - 1077 . doi: 10.1016/j.actamat.2012.10.009 http://dx.doi.org/10.1016/j.actamat.2012.10.009

KUO L C ， PAN H W ， CHANG C L ， et al . Low cryogenic mechanical loss composite silica thin film for low thermal noise dielectric mirror coatings ［J］. Optics Letters ， 2019 ， 44 （ 2 ）： 247 - 250 . doi: 10.1364/ol.44.000247 http://dx.doi.org/10.1364/ol.44.000247

LIU X ， QUEEN D R ， METCALF T H ， et al . Hydrogen-free amorphous silicon with no tunneling states ［J］. Physical Review Letters ， 2014 ， 113 （ 2 ）： 025503 . doi: 10.1103/physrevlett.113.025503 http://dx.doi.org/10.1103/physrevlett.113.025503

MURRAY P G ， MARTIN I W ， CRAIG K ， et al . Ion-beam sputtered amorphous silicon films for cryogenic precision measurement systems ［J］. Physical Review D ， 2015 ， 92 （ 6 ）： 062001 . doi: 10.1103/physrevd.92.062001 http://dx.doi.org/10.1103/physrevd.92.062001

STEINLECHNER J ， MARTIN I W ， BASSIRI R ， et al . Optical absorption of ion-beam sputtered amorphous silicon coatings ［J］. Physical Review D ， 2016 ， 93 （ 6 ）： 062005 . doi: 10.1103/physrevd.93.062005 http://dx.doi.org/10.1103/physrevd.93.062005

STEINLECHNER J ， MARTIN I W ， BELL A S ， et al . Silicon-based optical mirror coatings for ultrahigh precision metrology and sensing ［J］. Physical Review Letters ， 2018 ， 120 （ 26 ）： 263602 . doi: 10.1103/physrevlett.120.263602 http://dx.doi.org/10.1103/physrevlett.120.263602

BIRNEY R ， STEINLECHNER J ， TORNASI Z ， et al . Amorphous silicon with extremely low absorption： beating thermal noise in gravitational astronomy ［J］. Physical Review Letters ， 2018 ， 121 （ 19 ）： 191101 . doi: 10.1103/physrevlett.121.191101 http://dx.doi.org/10.1103/physrevlett.121.191101

TERKOWSKI L ， MARTIN I W ， AXMANN D ， et al . Influence of deposition parameters on the optical absorption of amorphous silicon thin films ［J］. Physical Review Research ， 2020 ， 2 （ 3 ）： 033308 . doi: 10.1103/physrevresearch.2.033308 http://dx.doi.org/10.1103/physrevresearch.2.033308

JACKSON W B ， AMER N M . Direct measurement of gap-state absorption in hydrogenated amorphous silicon by photothermal deflection spectroscopy ［J］. Physical Review B ， 1982 ， 25 （ 8 ）： 5559 - 5562 . doi: 10.1103/physrevb.25.5559 http://dx.doi.org/10.1103/physrevb.25.5559

LIU X ， WHITE B E ， POHL R O ， et al . Amorphous solid without low energy excitations ［J］. Physical Review Letters ， 1997 ， 78 （ 23 ）： 4418 - 4421 . doi: 10.1103/physrevlett.78.4418 http://dx.doi.org/10.1103/physrevlett.78.4418

LIU X ， POHL R O . Low-energy excitations in amorphous films of silicon and germanium ［J］. Physical Review B ， 1998 ， 58 （ 14 ）： 9067 - 9081 . doi: 10.1103/physrevb.58.9067 http://dx.doi.org/10.1103/physrevb.58.9067

VU P D ， LIU X ， POHL R O . Phonon scattering and internal friction in dielectric and metallic films at low temperatures ［J］. Physical Review B ， 2001 ， 63 （ 12 ）： 125421 . doi: 10.1103/physrevb.63.125421 http://dx.doi.org/10.1103/physrevb.63.125421

LIU X ， SPIEL C L ， MERITHEW R D ， et al . Internal friction of amorphous and nanocrystalline silicon at low temperatures ［J］. Materials Science and Engineering： A ， 2006 ， 442 （ 1/2 ）： 307 - 313 . doi: 10.1016/j.msea.2006.01.146 http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2006.01.146

LE COMBER P G ， SPEAR W E . Electronic transport in amorphous silicon films ［J］. Physical Review Letters ， 1970 ， 25 （ 8 ）： 509 - 511 . doi: 10.1103/physrevlett.25.509 http://dx.doi.org/10.1103/physrevlett.25.509

BRODSKY M H ， CARDONA M ， CUOMO J J . Infrared and Raman spectra of the silicon-hydrogen bonds in amorphous silicon prepared by glow discharge and sputtering ［J］. Physical Review B ， 1977 ， 16 （ 8 ）： 3556 - 3571 . doi: 10.1103/physrevb.16.3556 http://dx.doi.org/10.1103/physrevb.16.3556

STEINLECHNER J ， MARTIN I W ， HOUGH J ， et al . Publisher's Note： thermal noise reduction and absorption optimization via multimaterial coatings［Phys. Rev. D91， 042001 （2015）［J］. Physical Review D ， 2015 ， 91 （ 6 ）： 069904 . doi: 10.1103/physrevd.91.069904 http://dx.doi.org/10.1103/physrevd.91.069904

TAIT S C ， STEINLECHNER J ， KINLEY-HANLON M M ， et al . Demonstration of the multimaterial coating concept to reduce thermal noise in gravitational-wave detectors ［J］. Physical Review Letters ， 2020 ， 125 ： 011102 . doi: 10.1103/physrevlett.125.011102 http://dx.doi.org/10.1103/physrevlett.125.011102

COLE G D ， ZHANG W ， MARTIN M J ， et al . Tenfold reduction of Brownian noise in high-reflectivity optical coatings ［J］. Nature Photonics ， 2013 ， 7 （ 8 ）： 644 - 650 . doi: 10.1038/nphoton.2013.174 http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2013.174

COLE G D ， ZHANG W ， BJORK B J ， et al . High-performance near- and mid-infrared crystalline coatings ［J］. Optica ， 2016 ， 3 （ 6 ）： 647 . doi: 10.1364/optica.3.000647 http://dx.doi.org/10.1364/optica.3.000647

CESARINI E ， LORENZINI M ， CAMPAGNA E ， et al . A “gentle” nodal suspension for measurements of the acoustic attenuation in materials ［J］. Review of Scientific Instruments ， 2009 ， 80 （ 5 ）： 053904 . doi: 10.1063/1.3124800 http://dx.doi.org/10.1063/1.3124800

VAJENTE G ， BIRNEY R ， ANANYEVA A ， et al . Effect of elevated substrate temperature deposition on the mechanical losses in tantala thin film coatings ［J］. Classical and Quantum Gravity ， 2018 ， 35 （ 7 ）： 075001 . doi: 10.1088/1361-6382/aaad7c http://dx.doi.org/10.1088/1361-6382/aaad7c

LI T J ， SANDOVAL F A A ， GEITNER M ， et al . Measurements of mechanical thermal noise and energy dissipation in optical dielectric coatings ［J］. Physical Review D ， 2014 ， 89 （ 9 ）： 092004 . doi: 10.1103/physrevd.89.092004 http://dx.doi.org/10.1103/physrevd.89.092004

Views

891

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Research on damage mechanism and application of nanosecond laser coatings

Related Author

JIAO Hongfei

ZHANG Jinlong

NIU Xinshang

MA Bin

SHEN Zhenxiang

WANG Zhanshan

CHENG Xinbin

Related Institution

No data

AI问答

Address：No.3888 Dong Nanhu Road, Changchun, Jilin, China Postal code：130033
Tel：0431-86176855 Email：gxjmgc@ciomp.ac.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 吉ICP备11002662号-17 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰