近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所薄膜光學(xué)實驗室趙元安研究員團(tuán)隊報道了利用折射率連續(xù)調(diào)控技術(shù)制備具有折射率連續(xù)變化和納米棒結(jié)構(gòu)的“無界面”超寬帶增透膜。相關(guān)成果發(fā)表在Optical Materials。 a[OLS+zf!P  
H5rNLfw '  
帶寬和激光誘導(dǎo)損傷閾值是影響光學(xué)系統(tǒng)中寬帶增透膜性能的關(guān)鍵因素。在各種光學(xué)系統(tǒng)中，為了抑制由激光窗口、系統(tǒng)透鏡、光柵或碎片產(chǎn)生的外部反射或散射光所產(chǎn)生的空間噪聲，這些光學(xué)系統(tǒng)通常采用大量的增透膜，增加了相應(yīng)的成本和復(fù)雜性。同時，薄膜材料與襯底之間激光損傷閾值的差異會進(jìn)一步增加激光系統(tǒng)失效的風(fēng)險。因此，開發(fā)具有寬光譜增透和高激光損傷閾值的低成本高性能增透薄膜對于提高光學(xué)系統(tǒng)的性能和降低成本具有重要意義。 =(uy':Dbn*  
UEb'E;  
目前，廣泛使用的寬帶增透膜包括兩種類型:由高、低折射率薄膜組成的系統(tǒng)，以及具有理想折射率和光學(xué)厚度的單層增透膜。然而相應(yīng)的帶寬受限于材料折射率和膜系，很難實現(xiàn)超寬帶范圍內(nèi)減反射效果。傾斜沉積作為一種先進(jìn)有效的方法，將傳統(tǒng)的真空沉積方法與可控襯底旋轉(zhuǎn)相結(jié)合，用于制備具有特殊納米結(jié)構(gòu)和可變折射率的薄膜。在膜層傾斜沉積的情況下，通過精確調(diào)控孔隙率，可以實現(xiàn)空氣和近材料本征折射率范圍內(nèi)的任意折射率，為超寬帶減反射薄膜的研制提供很大的靈活性。但是，研究人員在利用傾斜沉積技術(shù)設(shè)計薄膜系統(tǒng)時主要還是考慮折射率的不連續(xù)變化，這在理論上與傳統(tǒng)的多層增透膜疊加類似。一方面，增透膜中界面的存在限制了增透膜的帶寬。另一方面，它會增加界面缺陷的概率，增強(qiáng)膜層的內(nèi)部電場。這兩個因素都會降低薄膜的激光損傷閾值。 8YkH  
q+=@kXs>+  
e(5Px!B  
針對這一難題，課題組根據(jù)有效介質(zhì)理論和菲涅耳反射公式，設(shè)計了一種折射率從襯底到空氣連續(xù)變化的“無界面”超寬帶AR膜。利用傾斜沉積技術(shù)精確控制沉積角的變化率實現(xiàn)了折射率的連續(xù)調(diào)控，制備出了折射率連續(xù)變化且具有納米棒結(jié)構(gòu)的超寬帶增透膜，并分析了該膜層的剩余反射率和激光損傷閾值等性能，還與傳統(tǒng)工藝制備的的單波長增透膜進(jìn)行了比較。由于薄膜內(nèi)部的折射率連續(xù)變化，該超寬帶增透膜在整個石英襯底200 - 2500nm透射波段的剩余反射率小于1%。同時，由于薄膜內(nèi)“無界面”和松散的納米棒結(jié)構(gòu)，薄膜具有良好的散熱和應(yīng)力釋放能力，界面效應(yīng)顯著降低。因此，它在抗激光損傷方面也表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。超寬帶增透膜在1064 nm和532 nm處的損傷閾值分別為22.5 J/cm2和22.6 J/cm2，分別比傳統(tǒng)電子束蒸發(fā)工藝制備的532 nm AR膜的激光損傷閾值高約50%，比1064 AR膜的激光損傷閾值高約20%。超寬帶增透膜具有優(yōu)異的光譜性能和抗損傷性，降低了光學(xué)系統(tǒng)的成本和損耗，提高了傾斜沉積膜在高功率激光系統(tǒng)中的應(yīng)用前景。 M>l+[U  
*`/@[S2,cu  
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.optmat.2023.113965