近日，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室與美國(guó)新墨西哥大學(xué)合作，基于可調(diào)諧納米疊層的思想設(shè)計(jì)紫外激光反射薄膜，實(shí)現(xiàn)了具有高反射率、寬帶寬和高激光損傷閾值的355nm激光反射薄膜。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在[Light: Science & Applications 9, 20, 2020]。
　　激光裝置輸出功率的不斷提升對(duì)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(shí)具有高的反射率、寬的反射帶寬和高的激光損傷閾值。然而，這些要求往往很難同時(shí)滿(mǎn)足。過(guò)去通常采用的組合膜系設(shè)計(jì)需要對(duì)反射率、帶寬和激光損傷閾值等相互制約的性能要求進(jìn)行權(quán)衡折衷。
　　該研究中，科研人員利用納米疊層的折射率和光學(xué)帶隙可調(diào)諧的特性來(lái)設(shè)計(jì)超越傳統(tǒng)紫外激光薄膜性能的新型紫外激光反射薄膜，為提高激光薄膜綜合性能提供了一種重要的技術(shù)途徑。采用兩種材料交替的納米疊層作為一層具有高折射率和大光學(xué)帶隙的等效層，取代傳統(tǒng)組合膜系設(shè)計(jì)中的高折射率膜層（圖1）。在保持總光學(xué)厚度不變的前提下，通過(guò)改變納米疊層中兩種材料的厚度比例，可以調(diào)節(jié)納米疊層薄膜的（平均）折射率和光學(xué)帶隙。這使得發(fā)展出同時(shí)具備高反射率和高激光損傷閾值的紫外反射薄膜成為可能。
　　基于新型納米疊層設(shè)計(jì)思想，科研人員設(shè)計(jì)并在實(shí)驗(yàn)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、帶寬和激光損傷閾值（圖2），適用于紫外激光領(lǐng)域。
　　該項(xiàng)工作得到國(guó)家萬(wàn)人計(jì)劃青年拔尖人才、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、上海市青年拔尖人才項(xiàng)目的支持。
　　圖1 高激光損傷閾值反射薄膜膜系設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。（a）傳統(tǒng)組合膜系設(shè)計(jì)和（b）新型納米疊層膜系設(shè)計(jì)示意圖。
　　圖2 傳統(tǒng)組合膜系設(shè)計(jì)和基于納米疊層膜系設(shè)計(jì)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含量隨膜層深度的變化曲線；（d）反射和（e）透射光譜曲線（45°入射角，實(shí)線：s偏振光，點(diǎn)線：p偏振光）；（f）單脈沖損傷概率與激光輻照能量的關(guān)系；（g）電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線；（h）吸收隨波長(zhǎng)的變化曲線。