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上海光機所在紫外激光反射薄膜方面取得新進展

發布:opticseditor    |    2020-02-28 15:53    閱讀:1179
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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學實驗室與美國新墨西哥大學合作,基于可調諧納米疊層的思想設計紫外激光反射薄膜,實現了具有高反射率、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閾值。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、帶寬和激光損傷閾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,為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為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閾值的紫外反射薄膜成為可能。

基于新型納米疊層設計思想,科研人員設計并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、帶寬和激光損傷閾值(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、中國科學院青年創新促進會、上海市青年拔尖人才項目的支持。


圖1 高激光損傷閾值反射薄膜膜系設計的結構示意圖。 (a)傳統組合膜系設計和(b)新型納米疊層膜系設計示意圖。

圖2 傳統組合膜系設計和基于納米疊層膜系設計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,實線:s偏振光,點線:p偏振光); (f)單脈沖損傷概率與激光輻照能量的關系;(g)電場強度分布曲線;(h)吸收隨波長的變化曲線。

來源:上海光機所

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