近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光元件技術(shù)與工程部薄膜光學(xué)研發(fā)中心與湖南大學(xué)、上海理工大學(xué)研究人員合作，在中紅外增透膜激光損傷性能研究方面取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化制備工藝，在石英基底上研發(fā)出基于 HfO2/SiO2材料的6層中紅外雙面增透膜，其激光誘導(dǎo)損傷閾值(LIDT)達(dá) 91.91 J/cm2。相關(guān)成果以“The performance of laser-induced damage of a 2-4 μm mid-infrared anti-reflective coating based on HfO2/SiO2 materials”為題發(fā)表于Infrared Physics & Technology。
紅外光學(xué)元件表面反射損耗顯著，增透膜成為提升器件效率的關(guān)鍵。傳統(tǒng)紅外增透膜材料(如氟化物、硫化物)存在穩(wěn)定性不足、易吸水等問題，而氧化物材料(如 HfO2/SiO2)因高熔點(diǎn)、高的環(huán)境穩(wěn)定性及高LIDT成為研究熱點(diǎn)。
研究采用電子束蒸發(fā)(EB)與離子輔助沉積(EB-IAD)技術(shù)，設(shè)計(jì)了6層 HfO2/SiO2膜系結(jié)構(gòu)，總厚度 2180nm。通過對(duì)比兩種工藝發(fā)現(xiàn)：離子輔助技術(shù)顯著優(yōu)化膜層質(zhì)量，EB-IAD 工藝制備的膜層結(jié)晶度更高，表面粗糙度更低且吸水率顯著降低。激光損傷閾值提升，EB-IAD 增透膜在 2.097μm 激光下的 LIDT 達(dá) 91.91 J/cm2，而EB 工藝僅為 11.25 J/cm2。經(jīng)過損傷形貌分析表明，EB增透膜受納秒熱效應(yīng)的影響損傷點(diǎn)形貌較大較深，EB-IAD 膜層以等離子體燒蝕為主，損傷面積更小，界面結(jié)合力更強(qiáng)。該研究為中紅外增透膜的設(shè)計(jì)與制備提供了理論依據(jù)和工藝參考。研究成果有望應(yīng)用于中紅外非線性晶體ZnGeP2以及更多除了ZnGeP2晶體以外的中紅外激光系統(tǒng)，如高功率激光加工、紅外成像、光通信等領(lǐng)域，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
圖1(a)增透膜的透過率(b)增透膜的反射率(c)增透膜的LIDT測(cè)試
