Abstract

A comparative study of the laser-induced damage thresholds (LIDTs) of fused silica substrates and their sol-gel silica coatings was carried out with 355 nm laser irradiation. Chemical etching and superpolishing were employed in different ways to improve the substrate. The laser damage tests showed that the coated substrate was no more susceptible to laser damage than the bare substrate, showing that the substrate quality was the dominant factor limiting the LIDT for UV irradiation. In addition, it was found that high value of substrate microroughness was more harmful to the LIDT of the coated than the bare substrate, and that a proper combination of etching and superpolishing can optimize the LIDT.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. P. F. Belleville and H. G. Floch, Proc. SPIE 2288, 25 (1994).
    [CrossRef]
  2. M. R. Kozlowski and I. M. Thomas, Proc. SPIE 2262, 54 (1994).
    [CrossRef]
  3. I. M. Thomas, Proc. SPIE 2114, 232 (1994).
    [CrossRef]
  4. D. W. Camp, M. R. Kozlowski, L. M. Sheehan, M. Nichols, M. Dovik, R. Raether, and I. Thomas, Proc. SPIE 3244, 356 (1998).
    [CrossRef]
  5. J. Shen, S. H. Liu, K. Yi, H. B. He, J. D. Shao, and Z. X. Fan, Optik 116, 288 (2005).
    [CrossRef]
  6. T. Kamimura, S. Akamatsu, H. Horibe, H. Shiba, S. Motokoshi, T. Sakamoto, T. Jitsuno, T. Okamato, and K. Yoshida, Jpn. J. Appl. Phys. 43, 1229 (2004).
    [CrossRef]
  7. Z. X. Shen, B. Ma, Z. S. Wang, Y. Q. Ji, T. Liu, and H. S. Liu, Proc. SPIE 6722, 67223 (2007).
    [CrossRef]
  8. J. J. Hu, J. X. Yang, W. Chen, and C. H. Zhou, Chin. Opt. Lett. 6, 681 (2008).
    [CrossRef]
  9. W. Stöber, A. Fink, and E. Bohn, J. Colloid Interface Sci. 26, 62 (1968).
    [CrossRef]
  10. I. M. Thomas, A. K. Burnham, J. R. Ertel, and S. C. Frieders, Proc. SPIE 3492, 220 (1999).
    [CrossRef]
  11. I. M. Thomas, Proc. SPIE 1848, 281 (1992).
    [CrossRef]
  12. X. G. Li and J. Shen, J. Sol-Gel Sci. Technol. 59, 539 (2011).
    [CrossRef]
  13. F. T. Chi, L. H. Yan, H. B. Lv, C. C. Wang, and X. D. Yuan, Thin Solid Films 519, 2483 (2011).
    [CrossRef]
  14. L. H. Yan, H. B. Lv, H. J. Wang, S. N. Zhao, X. D. Yuan, X. X. Miao, and W. G. Zheng, High Power Laser and Particle Beams 21, 1061 (2009) (in Chinese).
  15. Y. Nose, Y. Kato, K. Yoshida, and C. Yamanaka, Jpn. J. Appl. Phys. 26, 1256 (1987).
    [CrossRef]

2011

X. G. Li and J. Shen, J. Sol-Gel Sci. Technol. 59, 539 (2011).
[CrossRef]

F. T. Chi, L. H. Yan, H. B. Lv, C. C. Wang, and X. D. Yuan, Thin Solid Films 519, 2483 (2011).
[CrossRef]

2009

L. H. Yan, H. B. Lv, H. J. Wang, S. N. Zhao, X. D. Yuan, X. X. Miao, and W. G. Zheng, High Power Laser and Particle Beams 21, 1061 (2009) (in Chinese).

2008

2007

Z. X. Shen, B. Ma, Z. S. Wang, Y. Q. Ji, T. Liu, and H. S. Liu, Proc. SPIE 6722, 67223 (2007).
[CrossRef]

2005

J. Shen, S. H. Liu, K. Yi, H. B. He, J. D. Shao, and Z. X. Fan, Optik 116, 288 (2005).
[CrossRef]

2004

T. Kamimura, S. Akamatsu, H. Horibe, H. Shiba, S. Motokoshi, T. Sakamoto, T. Jitsuno, T. Okamato, and K. Yoshida, Jpn. J. Appl. Phys. 43, 1229 (2004).
[CrossRef]

1999

I. M. Thomas, A. K. Burnham, J. R. Ertel, and S. C. Frieders, Proc. SPIE 3492, 220 (1999).
[CrossRef]

1998

D. W. Camp, M. R. Kozlowski, L. M. Sheehan, M. Nichols, M. Dovik, R. Raether, and I. Thomas, Proc. SPIE 3244, 356 (1998).
[CrossRef]

1994

P. F. Belleville and H. G. Floch, Proc. SPIE 2288, 25 (1994).
[CrossRef]

M. R. Kozlowski and I. M. Thomas, Proc. SPIE 2262, 54 (1994).
[CrossRef]

I. M. Thomas, Proc. SPIE 2114, 232 (1994).
[CrossRef]

1992

I. M. Thomas, Proc. SPIE 1848, 281 (1992).
[CrossRef]

1987

Y. Nose, Y. Kato, K. Yoshida, and C. Yamanaka, Jpn. J. Appl. Phys. 26, 1256 (1987).
[CrossRef]

1968

W. Stöber, A. Fink, and E. Bohn, J. Colloid Interface Sci. 26, 62 (1968).
[CrossRef]

Akamatsu, S.

T. Kamimura, S. Akamatsu, H. Horibe, H. Shiba, S. Motokoshi, T. Sakamoto, T. Jitsuno, T. Okamato, and K. Yoshida, Jpn. J. Appl. Phys. 43, 1229 (2004).
[CrossRef]

Belleville, P. F.

P. F. Belleville and H. G. Floch, Proc. SPIE 2288, 25 (1994).
[CrossRef]

Bohn, E.

W. Stöber, A. Fink, and E. Bohn, J. Colloid Interface Sci. 26, 62 (1968).
[CrossRef]

Burnham, A. K.

I. M. Thomas, A. K. Burnham, J. R. Ertel, and S. C. Frieders, Proc. SPIE 3492, 220 (1999).
[CrossRef]

Camp, D. W.

D. W. Camp, M. R. Kozlowski, L. M. Sheehan, M. Nichols, M. Dovik, R. Raether, and I. Thomas, Proc. SPIE 3244, 356 (1998).
[CrossRef]

Chen, W.

Chi, F. T.

F. T. Chi, L. H. Yan, H. B. Lv, C. C. Wang, and X. D. Yuan, Thin Solid Films 519, 2483 (2011).
[CrossRef]

Dovik, M.

D. W. Camp, M. R. Kozlowski, L. M. Sheehan, M. Nichols, M. Dovik, R. Raether, and I. Thomas, Proc. SPIE 3244, 356 (1998).
[CrossRef]

Ertel, J. R.

I. M. Thomas, A. K. Burnham, J. R. Ertel, and S. C. Frieders, Proc. SPIE 3492, 220 (1999).
[CrossRef]

Fan, Z. X.

J. Shen, S. H. Liu, K. Yi, H. B. He, J. D. Shao, and Z. X. Fan, Optik 116, 288 (2005).
[CrossRef]

Fink, A.

W. Stöber, A. Fink, and E. Bohn, J. Colloid Interface Sci. 26, 62 (1968).
[CrossRef]

Floch, H. G.

P. F. Belleville and H. G. Floch, Proc. SPIE 2288, 25 (1994).
[CrossRef]

Frieders, S. C.

I. M. Thomas, A. K. Burnham, J. R. Ertel, and S. C. Frieders, Proc. SPIE 3492, 220 (1999).
[CrossRef]

He, H. B.

J. Shen, S. H. Liu, K. Yi, H. B. He, J. D. Shao, and Z. X. Fan, Optik 116, 288 (2005).
[CrossRef]

Horibe, H.

T. Kamimura, S. Akamatsu, H. Horibe, H. Shiba, S. Motokoshi, T. Sakamoto, T. Jitsuno, T. Okamato, and K. Yoshida, Jpn. J. Appl. Phys. 43, 1229 (2004).
[CrossRef]

Hu, J. J.

Ji, Y. Q.

Z. X. Shen, B. Ma, Z. S. Wang, Y. Q. Ji, T. Liu, and H. S. Liu, Proc. SPIE 6722, 67223 (2007).
[CrossRef]

Jitsuno, T.

T. Kamimura, S. Akamatsu, H. Horibe, H. Shiba, S. Motokoshi, T. Sakamoto, T. Jitsuno, T. Okamato, and K. Yoshida, Jpn. J. Appl. Phys. 43, 1229 (2004).
[CrossRef]

Kamimura, T.

T. Kamimura, S. Akamatsu, H. Horibe, H. Shiba, S. Motokoshi, T. Sakamoto, T. Jitsuno, T. Okamato, and K. Yoshida, Jpn. J. Appl. Phys. 43, 1229 (2004).
[CrossRef]

Kato, Y.

Y. Nose, Y. Kato, K. Yoshida, and C. Yamanaka, Jpn. J. Appl. Phys. 26, 1256 (1987).
[CrossRef]

Kozlowski, M. R.

D. W. Camp, M. R. Kozlowski, L. M. Sheehan, M. Nichols, M. Dovik, R. Raether, and I. Thomas, Proc. SPIE 3244, 356 (1998).
[CrossRef]

M. R. Kozlowski and I. M. Thomas, Proc. SPIE 2262, 54 (1994).
[CrossRef]

Li, X. G.

X. G. Li and J. Shen, J. Sol-Gel Sci. Technol. 59, 539 (2011).
[CrossRef]

Liu, H. S.

Z. X. Shen, B. Ma, Z. S. Wang, Y. Q. Ji, T. Liu, and H. S. Liu, Proc. SPIE 6722, 67223 (2007).
[CrossRef]

Liu, S. H.

J. Shen, S. H. Liu, K. Yi, H. B. He, J. D. Shao, and Z. X. Fan, Optik 116, 288 (2005).
[CrossRef]

Liu, T.

Z. X. Shen, B. Ma, Z. S. Wang, Y. Q. Ji, T. Liu, and H. S. Liu, Proc. SPIE 6722, 67223 (2007).
[CrossRef]

Lv, H. B.

F. T. Chi, L. H. Yan, H. B. Lv, C. C. Wang, and X. D. Yuan, Thin Solid Films 519, 2483 (2011).
[CrossRef]

L. H. Yan, H. B. Lv, H. J. Wang, S. N. Zhao, X. D. Yuan, X. X. Miao, and W. G. Zheng, High Power Laser and Particle Beams 21, 1061 (2009) (in Chinese).

Ma, B.

Z. X. Shen, B. Ma, Z. S. Wang, Y. Q. Ji, T. Liu, and H. S. Liu, Proc. SPIE 6722, 67223 (2007).
[CrossRef]

Miao, X. X.

L. H. Yan, H. B. Lv, H. J. Wang, S. N. Zhao, X. D. Yuan, X. X. Miao, and W. G. Zheng, High Power Laser and Particle Beams 21, 1061 (2009) (in Chinese).

Motokoshi, S.

T. Kamimura, S. Akamatsu, H. Horibe, H. Shiba, S. Motokoshi, T. Sakamoto, T. Jitsuno, T. Okamato, and K. Yoshida, Jpn. J. Appl. Phys. 43, 1229 (2004).
[CrossRef]

Nichols, M.

D. W. Camp, M. R. Kozlowski, L. M. Sheehan, M. Nichols, M. Dovik, R. Raether, and I. Thomas, Proc. SPIE 3244, 356 (1998).
[CrossRef]

Nose, Y.

Y. Nose, Y. Kato, K. Yoshida, and C. Yamanaka, Jpn. J. Appl. Phys. 26, 1256 (1987).
[CrossRef]

Okamato, T.

T. Kamimura, S. Akamatsu, H. Horibe, H. Shiba, S. Motokoshi, T. Sakamoto, T. Jitsuno, T. Okamato, and K. Yoshida, Jpn. J. Appl. Phys. 43, 1229 (2004).
[CrossRef]

Raether, R.

D. W. Camp, M. R. Kozlowski, L. M. Sheehan, M. Nichols, M. Dovik, R. Raether, and I. Thomas, Proc. SPIE 3244, 356 (1998).
[CrossRef]

Sakamoto, T.

T. Kamimura, S. Akamatsu, H. Horibe, H. Shiba, S. Motokoshi, T. Sakamoto, T. Jitsuno, T. Okamato, and K. Yoshida, Jpn. J. Appl. Phys. 43, 1229 (2004).
[CrossRef]

Shao, J. D.

J. Shen, S. H. Liu, K. Yi, H. B. He, J. D. Shao, and Z. X. Fan, Optik 116, 288 (2005).
[CrossRef]

Sheehan, L. M.

D. W. Camp, M. R. Kozlowski, L. M. Sheehan, M. Nichols, M. Dovik, R. Raether, and I. Thomas, Proc. SPIE 3244, 356 (1998).
[CrossRef]

Shen, J.

X. G. Li and J. Shen, J. Sol-Gel Sci. Technol. 59, 539 (2011).
[CrossRef]

J. Shen, S. H. Liu, K. Yi, H. B. He, J. D. Shao, and Z. X. Fan, Optik 116, 288 (2005).
[CrossRef]

Shen, Z. X.

Z. X. Shen, B. Ma, Z. S. Wang, Y. Q. Ji, T. Liu, and H. S. Liu, Proc. SPIE 6722, 67223 (2007).
[CrossRef]

Shiba, H.

T. Kamimura, S. Akamatsu, H. Horibe, H. Shiba, S. Motokoshi, T. Sakamoto, T. Jitsuno, T. Okamato, and K. Yoshida, Jpn. J. Appl. Phys. 43, 1229 (2004).
[CrossRef]

Stöber, W.

W. Stöber, A. Fink, and E. Bohn, J. Colloid Interface Sci. 26, 62 (1968).
[CrossRef]

Thomas, I.

D. W. Camp, M. R. Kozlowski, L. M. Sheehan, M. Nichols, M. Dovik, R. Raether, and I. Thomas, Proc. SPIE 3244, 356 (1998).
[CrossRef]

Thomas, I. M.

I. M. Thomas, A. K. Burnham, J. R. Ertel, and S. C. Frieders, Proc. SPIE 3492, 220 (1999).
[CrossRef]

M. R. Kozlowski and I. M. Thomas, Proc. SPIE 2262, 54 (1994).
[CrossRef]

I. M. Thomas, Proc. SPIE 2114, 232 (1994).
[CrossRef]

I. M. Thomas, Proc. SPIE 1848, 281 (1992).
[CrossRef]

Wang, C. C.

F. T. Chi, L. H. Yan, H. B. Lv, C. C. Wang, and X. D. Yuan, Thin Solid Films 519, 2483 (2011).
[CrossRef]

Wang, H. J.

L. H. Yan, H. B. Lv, H. J. Wang, S. N. Zhao, X. D. Yuan, X. X. Miao, and W. G. Zheng, High Power Laser and Particle Beams 21, 1061 (2009) (in Chinese).

Wang, Z. S.

Z. X. Shen, B. Ma, Z. S. Wang, Y. Q. Ji, T. Liu, and H. S. Liu, Proc. SPIE 6722, 67223 (2007).
[CrossRef]

Yamanaka, C.

Y. Nose, Y. Kato, K. Yoshida, and C. Yamanaka, Jpn. J. Appl. Phys. 26, 1256 (1987).
[CrossRef]

Yan, L. H.

F. T. Chi, L. H. Yan, H. B. Lv, C. C. Wang, and X. D. Yuan, Thin Solid Films 519, 2483 (2011).
[CrossRef]

L. H. Yan, H. B. Lv, H. J. Wang, S. N. Zhao, X. D. Yuan, X. X. Miao, and W. G. Zheng, High Power Laser and Particle Beams 21, 1061 (2009) (in Chinese).

Yang, J. X.

Yi, K.

J. Shen, S. H. Liu, K. Yi, H. B. He, J. D. Shao, and Z. X. Fan, Optik 116, 288 (2005).
[CrossRef]

Yoshida, K.

T. Kamimura, S. Akamatsu, H. Horibe, H. Shiba, S. Motokoshi, T. Sakamoto, T. Jitsuno, T. Okamato, and K. Yoshida, Jpn. J. Appl. Phys. 43, 1229 (2004).
[CrossRef]

Y. Nose, Y. Kato, K. Yoshida, and C. Yamanaka, Jpn. J. Appl. Phys. 26, 1256 (1987).
[CrossRef]

Yuan, X. D.

F. T. Chi, L. H. Yan, H. B. Lv, C. C. Wang, and X. D. Yuan, Thin Solid Films 519, 2483 (2011).
[CrossRef]

L. H. Yan, H. B. Lv, H. J. Wang, S. N. Zhao, X. D. Yuan, X. X. Miao, and W. G. Zheng, High Power Laser and Particle Beams 21, 1061 (2009) (in Chinese).

Zhao, S. N.

L. H. Yan, H. B. Lv, H. J. Wang, S. N. Zhao, X. D. Yuan, X. X. Miao, and W. G. Zheng, High Power Laser and Particle Beams 21, 1061 (2009) (in Chinese).

Zheng, W. G.

L. H. Yan, H. B. Lv, H. J. Wang, S. N. Zhao, X. D. Yuan, X. X. Miao, and W. G. Zheng, High Power Laser and Particle Beams 21, 1061 (2009) (in Chinese).

Zhou, C. H.

Chin. Opt. Lett.

High Power Laser and Particle Beams

L. H. Yan, H. B. Lv, H. J. Wang, S. N. Zhao, X. D. Yuan, X. X. Miao, and W. G. Zheng, High Power Laser and Particle Beams 21, 1061 (2009) (in Chinese).

J. Colloid Interface Sci.

W. Stöber, A. Fink, and E. Bohn, J. Colloid Interface Sci. 26, 62 (1968).
[CrossRef]

J. Sol-Gel Sci. Technol.

X. G. Li and J. Shen, J. Sol-Gel Sci. Technol. 59, 539 (2011).
[CrossRef]

Jpn. J. Appl. Phys.

T. Kamimura, S. Akamatsu, H. Horibe, H. Shiba, S. Motokoshi, T. Sakamoto, T. Jitsuno, T. Okamato, and K. Yoshida, Jpn. J. Appl. Phys. 43, 1229 (2004).
[CrossRef]

Y. Nose, Y. Kato, K. Yoshida, and C. Yamanaka, Jpn. J. Appl. Phys. 26, 1256 (1987).
[CrossRef]

Optik

J. Shen, S. H. Liu, K. Yi, H. B. He, J. D. Shao, and Z. X. Fan, Optik 116, 288 (2005).
[CrossRef]

Proc. SPIE

Z. X. Shen, B. Ma, Z. S. Wang, Y. Q. Ji, T. Liu, and H. S. Liu, Proc. SPIE 6722, 67223 (2007).
[CrossRef]

I. M. Thomas, A. K. Burnham, J. R. Ertel, and S. C. Frieders, Proc. SPIE 3492, 220 (1999).
[CrossRef]

I. M. Thomas, Proc. SPIE 1848, 281 (1992).
[CrossRef]

P. F. Belleville and H. G. Floch, Proc. SPIE 2288, 25 (1994).
[CrossRef]

M. R. Kozlowski and I. M. Thomas, Proc. SPIE 2262, 54 (1994).
[CrossRef]

I. M. Thomas, Proc. SPIE 2114, 232 (1994).
[CrossRef]

D. W. Camp, M. R. Kozlowski, L. M. Sheehan, M. Nichols, M. Dovik, R. Raether, and I. Thomas, Proc. SPIE 3244, 356 (1998).
[CrossRef]

Thin Solid Films

F. T. Chi, L. H. Yan, H. B. Lv, C. C. Wang, and X. D. Yuan, Thin Solid Films 519, 2483 (2011).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (2)

Fig. 1.
Fig. 1.

LIDTs of samples A–F at 355 nm, 8 ns laser irradiation.

Fig. 2.
Fig. 2.

Layer structure of fused silica: (a) typical crack (circled), (b) contaminated by polishing compound in the as-supplied substrate, (c) after etching the whole polished layer and part of the damaged layer, (d) then after superpolishing, and (e) finished with a slight etching of 20nm. Note that the size of polishing compound for superpolishing is much smaller than that for conventional polishing as revealed in (b) and (d).

Tables (1)

Tables Icon

Table 1. Various Treatments Applied to the Fused Silica Substrates and the Resulting Surface Microroughnessa

Metrics