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上海光機所等在紫外激光反射薄膜方面取得進展

2020-02-25 上海光學精密機械研究所
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  近日,中國科學院上海光學精密機械研究所薄膜光学实验室与美国新墨西哥大学合作,基于可调谐纳米叠层的思想设计紫外激光反射薄膜,实现了具有高反射率、宽带宽和高激光损伤阈值的355nm激光反射薄膜。相關研究成果在線發表在[Light: Science & Applications 9, 20, 2020]

  激光裝置輸出功率的不斷提升對激光薄膜的要求不斷提高。理想的紫外激光反射薄膜需要同時具有高的反射率、寬的反射帶寬和高的激光損傷阈值。然而,這些要求往往很難同時滿足。過去通常采用的組合膜系設計需要對反射率、帶寬簣Dす鈸p傷阈值等相互制約的性能要求進行權衡折衷。

  該研究中,科研人員利用納米疊層的折射率和光學帶隙可調諧的特性來設計超越傳統紫外激光薄膜性能的新型紫外激光反射薄膜,爲提高激光薄膜綜合性能提供了一種重要的技術途徑。采用兩種材料交替的納米疊層作爲一層具有高折射率和大光學帶隙的等效層,取代傳統組合膜系設計中的高折射率膜層(圖1)。在保持總光學厚度不變的前提下,通過改變納米疊層中兩種材料的厚度比例,可以調節納米疊層薄膜的(平均)折射率和光學帶隙。這使得發展出同時具備高反射率和高激光損傷阈值的紫外反射薄膜成爲可能。

  基于新袌D{米疊層設計思想,科研人員設計並在實驗上證明了基于Al2O3-HfO2納米疊層的反射薄膜在紫外波段具有更高的反射率、帶寬簣Dす鈸p傷阈值(圖2),適用于紫外激光領域。

  該項工作得到國家萬人計劃青年拔尖人才、國家自然科學基金、中科院青年創新促進會、上海市青年拔尖人才項目的支持。

1 高激光损伤阈值反射薄膜膜系设计的结构示意圖。a)傳統組合膜系設計和(b)新型纳米叠层膜系设计示意圖。

  圖2 传统组合膜系设计和基于纳米叠层膜系设计的紫外反射薄膜性能。(a)TCD和(b)NLD薄膜的剖面形貌;(c)SiO2,Al2O3和HfO2含量随膜层深度的变化曲线;(d)反射和(e)透射光谱曲线(45°入射角,实线:s偏振光,点线:p偏振光);(f)单脉冲损伤概率与激光辐照能量的关系;(g)电场强度分布曲线;(h)吸收随波长的变化曲线。

打印 責任編輯:葉瑞優

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