【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，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)與工程部和上海理工大學(xué)合作，在光學(xué)薄膜的超低吸收研制工藝研究中取得新進(jìn)展，制備得到了吸收損耗僅為1.4 ppm的高反射多層膜，相關(guān)研究成果以“Effect of ionic oxygen concentration on properties of SiO2 and Ta2O5monolayers deposited by ion beam sputtering”為題，發(fā)表于Optical Materials。
隨著激光技術(shù)的發(fā)展，具有超低吸收損耗的激光薄膜對(duì)激光干涉引力波探測(cè)器等高精度光學(xué)系統(tǒng)至關(guān)重要。光學(xué)薄膜的吸收會(huì)影響元件的光學(xué)性能導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，此外吸收帶來(lái)的熱量沉積引起元件熱畸變會(huì)造成光束質(zhì)量的急劇惡化。薄膜沉積過(guò)程中的工藝參數(shù)會(huì)對(duì)薄膜材料的光學(xué)性能產(chǎn)生直接影響，但目前針對(duì)離子束濺射過(guò)程中離子氧參數(shù)對(duì)薄膜吸收損耗影響的研究還不夠充分。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)雙離子束濺射沉積系統(tǒng)制備了SiO2、Ta2O5兩種單層氧化物薄膜，研究了不同離子氧濃度和氧流速對(duì)薄膜光學(xué)常數(shù)、吸收損傷、-OH缺陷含量等性能參數(shù)的影響。結(jié)果表明，較高的離子氧濃度有助于彌補(bǔ)SiO2材料在濺射過(guò)程中由于高能粒子碰撞導(dǎo)致的失氧情況，降低SiO2薄膜的吸收損耗。當(dāng)離子氧濃度較高時(shí)，較低能量的離子氧束流會(huì)降低Ta2O5薄膜的致密度，使折射率減小，因?yàn)檩o助離子源的電壓、電流維持不變，電離氧氣產(chǎn)生的總能量是一定值，當(dāng)氧的濃度增大時(shí)，電離產(chǎn)生的離子氧的動(dòng)能就會(huì)減小，使其對(duì)基底表面的轟擊作用減弱，從而降低沉積膜層的致密度。改善工藝參數(shù)后光學(xué)薄膜的吸收損耗可達(dá)到10-6量級(jí)，并且通過(guò)退火后處理可進(jìn)一步降低。最優(yōu)工藝條件制備的多層高反膜在1064nm處的反射率大于99.99%，吸收損耗達(dá)到1.4ppm，滿足高功率高精密光學(xué)系統(tǒng)的性能需求。研究結(jié)果為超低吸收損耗薄膜的制備提供了解決方案，對(duì)提高高功率高精度光學(xué)系統(tǒng)的性能起到了重要作用。
相關(guān)工作得到了中意政府間國(guó)際科技創(chuàng)新合作重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的支持。
圖1 不同工藝參數(shù)下薄膜的光學(xué)常數(shù)
圖2 不同工藝參數(shù)制備的薄膜在退火后的吸收損耗
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