【儀表網 研發快訊】近日，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和上海理工大學合作，在光學薄膜的超低吸收研制工藝研究中取得新進展，制備得到了吸收損耗僅為1.4 ppm的高反射多層膜，相關研究成果以“Effect of ionic oxygen concentration on properties of SiO2 and Ta2O5monolayers deposited by ion beam sputtering”為題，發表于Optical Materials。
隨著激光技術的發展，具有超低吸收損耗的激光薄膜對激光干涉引力波探測器等高精度光學系統至關重要。光學薄膜的吸收會影響元件的光學性能導致系統性能下降，此外吸收帶來的熱量沉積引起元件熱畸變會造成光束質量的急劇惡化。薄膜沉積過程中的工藝參數會對薄膜材料的光學性能產生直接影響，但目前針對離子束濺射過程中離子氧參數對薄膜吸收損耗影響的研究還不夠充分。
研究團隊通過雙離子束濺射沉積系統制備了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薄膜光學常數、吸收損傷、-OH缺陷含量等性能參數的影響。結果表明，較高的離子氧濃度有助于彌補SiO2材料在濺射過程中由于高能粒子碰撞導致的失氧情況，降低SiO2薄膜的吸收損耗。當離子氧濃度較高時，較低能量的離子氧束流會降低Ta2O5薄膜的致密度，使折射率減小，因為輔助離子源的電壓、電流維持不變，電離氧氣產生的總能量是一定值，當氧的濃度增大時，電離產生的離子氧的動能就會減小，使其對基底表面的轟擊作用減弱，從而降低沉積膜層的致密度。改善工藝參數后光學薄膜的吸收損耗可達到10-6量級，并且通過退火后處理可進一步降低。最優工藝條件制備的多層高反膜在1064nm處的反射率大于99.99%，吸收損耗達到1.4ppm，滿足高功率高精密光學系統的性能需求。研究結果為超低吸收損耗薄膜的制備提供了解決方案，對提高高功率高精度光學系統的性能起到了重要作用。
相關工作得到了中意政府間國際科技創新合作重點項目、國家自然科學基金委、中國科學院青年創新促進會的支持。
圖1 不同工藝參數下薄膜的光學常數
圖2 不同工藝參數制備的薄膜在退火后的吸收損耗
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