本研究的作者为上海大学环境化学与工程学院的硕士研究生付朝丽，校内导师为焦正教授，联合培养单位为中国科学院上海硅酸盐研究所，联培导师为杨勇研究员。该硕士学位论文完成于2016年5月，属于国家自然科学基金资助项目（项目编号：NSFC 51471182）。
本研究属于应用化学与材料科学交叉领域，聚焦于高功率激光系统中的关键光学元件——激光反射镜的研发。随着激光技术在可控核聚变、模拟爆炸及激光武器等领域的快速发展，对高反射率（R）和高激光损伤阈值（LIDT）的光学元件需求日益迫切。碳化硅（SiC）因其优异的物理化学性能（高热导率、低热膨胀系数、高比刚度）成为理想反射镜基材，但直接抛光SiC难以获得光学级表面，且作为基底镀制激光高反膜的研究尚未见报道。
研究主要解决三个关键科学问题： 1. SiC基底表面改性层的低应力制备与缺陷控制 2. 二氧化铪（HfO₂）单层膜的化学计量比调控与微观结构优化 3. SiC镜面上HfO₂/SiO₂和Nb₂O₅/SiO₂多层高反膜的性能对比
采用”压-张应力交替叠层”模型在抛光SiC表面镀制厚硅膜（20-50μm）： 1. 通过等离子体辅助物理气相沉积（PIAD）制备压应力Si层 2. 采用真空蒸镀法制备张应力Si层 3. 利用Stoney公式建立多层应力模型，优化厚度匹配 关键创新：通过预熔融工艺优化解决了Si膜表面溅射点缺陷问题，获得RMS<1nm的光学表面。
采用等离子体辅助电子束蒸发金属铪（PIA-EB-Hf法）反应沉积HfO₂薄膜： 1. 正交实验设计考察6个关键参数： - 沉积速率（0.5-2.0 nm/s） - APS离子源偏压（90-160 V） - 放电电流（5-15 A）
- 沉积温度（100-300℃） - 充氧量（10-50 sccm） - 充氧位置（3种几何配置） 2. 性能表征： - XPS分析O/Hf化学计量比 - XRD研究结晶取向（m(-111) vs m(002)） - 激光干涉仪测量残余应力 - 1-on-1法测试LIDT（1064nm，10ns脉冲）
在改性SiC基底上制备两种膜系： 1. HfO₂/SiO₂膜系： - 采用Essential Macleod软件设计λ/4堆栈结构 - 等离子体辅助电子束蒸发沉积 - 后处理工艺：充氧退火+低功率离子束轰击 2. Nb₂O₅/SiO₂膜系： - 采用熔融SiO₂块体替代颗粒消除结瘤缺陷 - 对比不同层数下的光学性能
化学计量比调控：
残余应力控制：
激光损伤特性：
HfO₂/SiO₂膜系：
Nb₂O₅/SiO₂膜系：
创新性发现：
本研究系统解决了三个关键问题： 1. 建立了”压-张应力交替”厚膜模型，实现SiC表面20μm硅膜的残余应力<50MPa 2. 阐明HfO₂薄膜"结晶取向-缺陷分布-激光损伤"的关联机制 3. 首次在SiC基底实现反射率>99%、LIDT>14J/cm²的高反膜
科学价值： - 为高功率激光器设计提供新型SiC基反射镜解决方案 - 建立金属反应沉积HfO₂的工艺-结构-性能关系数据库 - 提出混合堆叠膜系设计新思路
应用价值： - 可应用于惯性约束聚变(ICF)激光驱动器 - 工艺参数已实现工程化转移（中试良率>85%） - 为空间激光武器反射镜研制提供技术储备
方法创新：
理论突破：
工程价值：