【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光元件技術與工程部薄膜光學研發中心邵宇川研究員團隊，基于磁控濺射技術制備了一種應用于Si襯底上的高性能耐用中紅外抗反射涂層，該薄膜最高硬度達到20.8 GPa，具備優異的抗砂蝕沖擊能力。相關研究成果以“Scratch-resistant antireflective coating for mid-wave infrared band”為題發表于Infrared Physics & Technology。
在3-5 μm中波紅外(MWIR)大氣透明窗口區，紅外探測器被廣泛應用于光譜成像、遙感等領域，其快速發展對紅外光學窗口提出了更高的要求。常見的中波紅外光學材料折射率較高，存在了較大的反射損失，極大的影響了設備的光學性能。為了降低這種反射損失，常見的做法是在光學元件的表面沉積抗反射(AR)涂層。這類薄膜通常由硫族化合物、氟化物等組成，機械強度和環境穩定性相對較差，這在一定程度上限制了中波紅外光學系統的進一步應用與發展。
為了獲得優異的光學和力學性能的減反射薄膜，研究選用了AlN、Al2O3高硬度高低折射率材料設計了兩種面向硅基板的AlN/Al2O3/AlN中紅外硬質減反射薄膜，其最外層AlN厚度分別為50 nm和100 nm。雙面沉積薄膜后，器件在3μm-5μm波段平均透過率約94.1%，硬度達~16GPa。經高溫退火處理后，薄膜光學性能保持穩定，結晶度提高，薄膜硬度進一步提高，最高達20.8GPa，明顯改善了薄膜的抗沖蝕能力。該硬質減反射膜在劃痕試驗、落沙沖擊試驗、附著力測試等各種環境中均表現出優良的機械性能。研究表明，制備的薄膜可以滿足中波紅外光電系統在惡劣環境工作的要求，對于制造應用高硬度、耐沖擊的紅外減反射膜有重要參考意義。
相關工作得到了國家自然科學基金項目的支持。
圖1.膜系結構及對應的透射光譜.(a) 兩種膜系統結構；(b) 樣品照片；(c) 設計和測量的樣品透射光譜；(d) 退火樣品的測量透射光譜。
圖2.樣品的納米壓痕表征結果.(a)樣品4納米壓痕測量的硬度-位移曲線；(b)退火前后薄膜系統1和薄膜系統2(斜線)的楊氏模量測量值；(c) 未退火情況下測量的Al2O3、AlN和多層膜的硬度；(d) 退火后測量的樣品硬度。
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