1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜实验室，上海 201800
3 中国科学院强上海光学精密机械研究所激光材料重点实验室，上海 201800
4 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心，北京 100049
5 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
时间分辨的泵浦探测技术是研究光学元件损伤动态过程的有力手段。基于增强电荷耦合器件（ICCD）的时间分辨泵浦探测技术，对比研究了1064 nm纳秒激光辐照下HfO2/SiO2增透膜膜面处于激光入射面（正向过程）和出射面（反向过程）两种情况下的动态损伤过程。在同一能量密度（52 J/cm2）激光辐照下，正向和反向过程都产生了无膜层剥落的小坑损伤以及伴随膜层剥落的小坑损伤，但反向过程产生的小坑的横向尺寸和深度都比正向的大。有限元分析结果表明正向和反向过程中增透膜内部的基底-膜层界面场强相似，但实际损伤形貌尺寸以及依据冲击波传播速度计算得到的爆炸能量都表明反向过程沉积的能量更大，可见等离子体形成后在后续激光脉冲辐照下的发展过程决定了两种情况下的损伤差异。增透膜损伤的时间分辨研究对其损伤机制分析以及实际应用具有重要意义。
薄膜 增透膜 激光诱导损伤 时间分辨 等离子体 冲击波
1 北京科技大学 新材料技术研究院，北京 100083
2 郑州航空工业管理学院 河南省航空材料与应用技术重点实验室，河南 郑州 450046
3 天津津航物理技术研究所，天津 300308
稀土掺杂可以有效地改变基体材料的结构并提高使用性能。利用磁控溅射法在单晶硅和多晶CVD金刚石上分别制备了未掺杂及La掺杂的Y2O3薄膜，研究了La掺杂氧化钇（Y2O3）增透薄膜的组成、结构及性能。X射线光电子能谱（XPS）和掠入射X射线（GIXRD）研究表明，金属La与O相互作用，以La-O化合物形式存在于Y2O3薄膜中，未掺杂的Y2O3薄膜呈现立方（222）面柱状晶体取向，随着La掺杂功率的增加，开始出现新的单斜Y2O3相（111）晶面。从扫描电镜（SEM）观察到不同La掺杂功率下Y2O3薄膜呈现柱状晶结构，结晶质量较好。由原子力显微镜（AFM）证实，与未掺杂的Y2O3薄膜相比，La掺杂的Y2O3薄膜具有较低的粗糙度(RMS)值。在La掺杂的Y2O3薄膜中，随着La浓度的增加，柱状晶的晶粒尺寸显著减小。在8~12 μm的长波红外范围内，La掺杂后的Y2O3/金刚石薄膜最大透过率为80.3%，与CVD金刚石相比，透过率提高19.8%。颗粒细小的La掺杂Y2O3薄膜具有较高的硬度和弹性模量，硬度由未掺杂(12.02±0.37) GPa增加到(14.14±0.39) GPa，弹性模量由(187±14) GPa 增加到(198±7.5) GPa。结果表明，与未掺杂Y2O3薄膜相比，La掺杂的Y2O3薄膜在保持较高红外透过率条件下，通过细晶强化获得了更高的硬度，有利于提升砂蚀、雨蚀等冲刷性能。
CVD 金刚石 Y2O3增透膜 La掺杂 透过率 CVD diamond Y2O3 anti-reflection film La doping transmittance 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230240
中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术重点实验室，上海 200050
工作于太赫兹波段的功能器件常以硅、锗等高折射率材料为界面，这会导致界面与空气的阻抗失配，从而引起不必要的光能损失。在界面镀制增透膜可以有效减小反射率、增加透射率，从而大大提高器件性能，因此增透膜的研制具有重要意义。基于上述的应用需求，首先介绍太赫兹增透膜的研究意义，然后着重介绍目前国内外制备太赫兹增透膜的几种常见方法，并分析各自的优缺点，最后对太赫兹增透膜的研究进行总结和展望。
太赫兹波段 增透膜 折射率 透过率 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811009
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
2 中国科学院大学 光电工程学院, 北京 100049
设计了193nm窄角度和宽角度入射增透膜以及正入射高反膜, 其中增透膜s和p偏振光透射率的最大偏差分别为0.17%和0.44%。结合标量散射理论和等效吸收层近似理论, 多层膜间的粗糙界面等效为薄的吸收层, 基于薄膜本征传输矩阵计算分析了不同界面粗糙度下的光谱性能。研究发现, 薄膜光谱性能随着界面均方根粗糙度的增加而急剧退化, 高反膜反射带宽也随之降低, 达到4nm时, 宽角度入射增透膜和高反膜光谱性能在193nm处分别退化2.04%和2.09%。界面粗糙度是影响高光谱性能真空紫外光学薄膜制备的重要因素。
真空紫外光学薄膜 界面粗糙度 等效吸收层 增透膜 高反膜 vacuum ultraviolet optical thin film interface roughness effective absorption layer antireflection coatings high reflection coatings
1 中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室，北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
3 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
纹波系数是超辐射发光二极管（SLD）的关键指标，增透薄膜被用于降低纹波系数。基于平面波方法的增透膜设计得到广泛应用，然而倾斜腔面SLD中增透膜的性能普遍不佳，使用时域有限差分方法进行分析，发现存在反射曲线偏离和反射率高等问题。优化了增透膜设计，优化后1°~10°腔面倾角内的反射率降低，降幅最高达82%，其中双层增透膜反射率低于0.05%。采用反应磁控溅射工艺镀膜，并验证了优化设计效果。经过增透膜优化，光谱纹波得到有效抑制，SLD管芯纹波系数和调制系数分别仅为0.019 dB和2.30×10-3，降幅超过50%，在100 mA的驱动电流下仍保持10 mW的光功率。所研制的增透膜能够有效减小腔面反射率，利用该增透膜制备了低纹波SLD。研究结果为SLD及其他半导体光电子器件的光学薄膜研制提供了参考。
薄膜 超辐射发光二极管 增透膜 倾斜腔面 优化设计 纹波系数 中国激光
2023, 50(13): 1303101
1 云南北方光学科技有限公司，云南 昆明 650217
2 昆明理工大学机电工程学院，云南 昆明 650500
As40Se60硫系玻璃基底沉积红外光学薄膜存在牢固性不足的缺点，以膜层牢固性为研究对象来解决膜层附着力问题。首先选择了合适的膜层材料，完成了膜系的设计及优化；然后以沉积温度为影响因素进行单因素实验，研究了ZnS连接层的镀制工艺和残余应力，采用无离子源辅助的办法降低了连接层的残余应力，提高了膜层附着力；最终解决了较高温度下的薄膜脱膜问题，研制了一种透过波段为8~12 μm的红外增透膜，并确定了镀制工艺运用于实际生产。所制备的薄膜平均透过率为98%、平均反射率为0.6%，附着力、高低温、湿热实验满足GJB2845—1995标准中的要求。
薄膜 增透膜 硫系玻璃 连接层 红外光学 残余应力 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0531003
为了满足光电设备窗口片的使用要求, 设计了一种以硒化锌为基底的多波段红外增透膜。为了达到多波段增透的目的, 选取硫化锌、氟化镱分别作为高、低折射率材料, 在硒化锌基底前后表面镀制相同的多波段红外增透膜。最终实现0.808 μm、0.880 μm、0.915 μm处透过率在91%以上, 3.7~4.8 μm和10.6 μm处透过率在95%以上, 并且膜层具有良好耐环境适应性。
光学薄膜 红外增透膜 多波段 硒化锌 optical film infrared antireflection coating multi-band zinc selenide
1 昆明理工大学机电工程学院，云南 昆明 650500
2 云南北方光学科技有限公司，云南 昆明 650217
红外光学元件是红外光学系统的核心部分之一，硫系玻璃具有透过波段宽、消色差和消热差性能好、原材料来源广泛的特点，是一类优异的红外光学材料，在红外领域具有广阔的应用前景。但相比其他红外光学材料，硫系玻璃具有热膨胀系数大、软化点温度低的特点，其待镀膜表面的加工和薄膜沉积难度较大。本文介绍了硫系玻璃待镀膜表面的加工方法，综述了在硫系玻璃元件表面镀增透膜和保护膜的方法及研究进展，归纳总结了硫系玻璃待镀膜表面加工和镀膜现状及存在的问题，并展望了其光学表面制备和镀膜的发展趋势。
材料 硫系玻璃 光学加工 增透膜 保护膜 红外光学 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2100003
1 安徽工程大学机械工程学院，安徽 芜湖 241000
2 中国科学技术大学国家同步辐射实验室，安徽 合肥 230029
惯性约束核聚变系统中，SiO2溶胶凝胶增透膜已广泛应用于无浮雕平面透射光学元件中，但由于缺乏可靠的浮雕面涂覆工艺，该增透方法并未能应用到光束采样光栅。对弯月面法和旋涂法在光束采样光栅浮雕面涂覆SiO2溶胶凝胶增透膜进行了探究，对涂覆后的光栅表面形貌使用光学显微镜、轮廓仪及原子力显微镜进行了检测，并对光栅零级和负一级衍射效率的大小和均匀性进行了测试。结果表明，相比于旋涂法，弯月面法涂覆后的光栅表面更为光滑，光栅槽填充一致性更好，原始槽型保持度更高，工艺可重复性更好且膜厚更均匀。衍射效率测试结果表明，弯月面法涂覆SiO2溶胶凝胶增透膜可有效提高光束采样光栅的零级衍射效率，与未涂覆相比增大了约3.8%，与理论计算结果基本吻合，且涂覆后光栅衍射效率的均匀性变得更好。
光栅 光束采样光栅 SiO2溶胶凝胶增透膜 弯月面涂覆 旋涂 衍射效率 激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0105001
云南北方光电仪器有限公司, 云南 昆明 650114
随着军用红外光学仪器的发展, 对红外光学镀膜元件耐环境性能的要求越来越高。以波段在 8～12.m的 Ge、ZnS、ZnSe镀增透膜样品为对象进行红外增透膜湿热雨林气候环境适应性研究。以外观质量、重量、光谱透射比等为评价指标进行环境适应性评价, 得出以下结果: 经过 3年湿热雨林气候环境试验, 红外增透膜出现了不同程度损伤, 损伤模式主要为变色和脱膜; 随着试验时间的延长, 变色越来越严重, 变色区域越来越大; 重量出现先减少后增加的现象, 光谱透射比出现少量下降; 经过 3年的湿热雨林气候环境试验后, 红外增透膜均已失效。
红外增透膜 湿热雨林 环境适应性 infrared antireflection films humid hot rain forest environmental adaptability
