综述了国内外科研人员在高性能偏振膜的研制方面开展的工作, 主要涉及偏振膜光谱性能、抗激光损伤阈值和膜层应力控制等方面的研究。针对我国神光系列装置对偏振膜的性能要求, 简述了中国科学院上海光学精密机械研究所采用电子束沉积技术在光谱性能、损伤阈值和面形精度三个方面开展的研究工作。给出了在薄膜设计、制备和后处理等方面进行的研究和取得的进展。结合上述研究成果, 得到了低缺陷密度、低应力的高性能偏振膜。 由本科研团队研制的布儒斯特角薄膜偏振器在在2012年和2013年SPIE激光损伤国际会议(SPIE Laser Damage)组织的全球性偏振膜激光损伤阈值水平竞赛中连续取得了p分量损伤阈值和平均损伤阈值最佳的结果。另外, 通过解决应力诱导膜层龟裂的重大技术问题, 在国内首先推出了大口径偏振片, 该大口径偏振片满足透射率TP>98%,反射率RS>99%的光谱性能要求和17 J/cm2(9 ns)的通量运行要求, 有力支撑了我国SGII-UP大型激光装置的稳定运行。

固体激光腔内放置薄膜偏振片对p 偏振光存在4%~5%反射,当激光器输出p 偏振光时,退偏损耗光束中包含较强p 偏振光,无法测得腔内光束真实退偏率。实验研究Nd:YAG 固体激光在输出p 偏振光时,薄膜偏振片对p 偏振光反射对腔内光束退偏率测量的影响。结果表明,当损耗光束中所包含p 偏振光不被剔除时,不同透射率所对应退偏率曲线间存在较大差异；而当剔除这些p 偏振光时,不同透射率所对应退偏率测量曲线趋于一致,测量结果可反映腔内光束的实际退偏率；在激光器输出s 偏振光时,其退偏率测量值与当剔除损耗光束中p 偏振成分后,输出p 偏振光Nd:YAG 谐振腔腔内光束退偏率测量值趋于一致。

实验研究了薄膜偏振片的p 偏振光的反射作用对输出p 偏振光薄膜偏振片Nd∶YAG 激光输出功率的影响，同时研究了输出s 偏振光的薄膜偏振片固体激光对于提升激光输出功率的效果。研究表明：对于输出p 偏振光薄膜偏振片Nd∶YAG 激光器，薄膜偏振片对p 偏振光反射作用所引起反射损耗功率随耦合镜透射率增大而减弱，在半导体激光器驱动电流为20 A，透射率为5%时，损耗功率达7.13 W，为p 偏振光输出功率1.9 倍，当透射率为30%时，损耗功率降为0.59 W，仅为p 偏振光输出功率的8%；采用输出s 偏振光激光结构可克服上述损耗，其效果在透射率较低时更为显著。在驱动电流为20 A，透射率为5%时，s 偏振光激光器输出功率增加为7.77 W，为p 偏振光输出功率的2.05倍；透射率为30%时，s 偏振光输出功率仅为p 偏振光输出功率的1.09 倍。

通过组合长波通和短波通膜堆的方法，设计并制备了一种大入射角容差宽带薄膜偏振器。该薄膜为HfO2/SiO2结构，采用无离子束辅助的电子束蒸发工艺，蒸发金属铪和SiO2制得。对该膜的透射率光谱、激光损伤阈值和形貌进行了研究，结果显示其不仅在1044~1084 nm波段内都具有很高的对比度，而且在1064 nm波长、 53°~60°的入射角范围内具有很大的消光比和激光损伤阈值，且损伤特性基本不随入射角变化。该偏振器的P光损伤阈值约为20 J/cm2，损伤主要由基板与薄膜界面处的纳米级缺陷所引起；S光损伤阈值约为45 J/cm2，损伤主要由激光辐照下薄膜表面的等离子烧蚀现象引起。

利用针(needle)法优化技术,分别以两种不同厚度的高折射率单层膜为初始膜系,设计得到了平板偏振膜。当入射角为56°时,在中心波长1053 nm附近不小于20 nm的带宽范围内,偏振膜的p光反射率Rp<2%,s光反射率Rs>99.5%,且消光比(Tp/Ts)>200。角度特性分析结果表明,在入射角由53°增大至59°的过程中,两偏振膜的光学性能均满足设计要求,但偏振带却向短波长方向发生了移动,且带宽增大。根据蒙特卡罗容差分析,在各膜层膜厚误差独立的监控方式下,要保证成品率高于90%,则两偏振膜的最大容许膜厚标准偏差分别为1.20%和1.35%。