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(fā)中心與湖南大學、上海理工大學研究人員合作，在中紅外增透膜激光損傷性能研究方面取得新進展。研究團隊通過優(yōu)化制備工藝，在石英基底上研發(fā)出基于 HfO₂/SiO₂材料的6層中紅外雙面增透膜，其激光誘導損傷閾值（LIDT）達 91.91 J/cm2。相關成果以“The performance of laser-induced damage of a 2-4 μm mid-infrared anti-reflective coating based on HfO₂/SiO₂ materials”為題發(fā)表于Infrared Physics & Technology。

紅外光學元件表面反射損耗顯著，增透膜成為提升器件效率的關鍵。傳統(tǒng)紅外增透膜材料（如氟化物、硫化物）存在穩(wěn)定性不足、易吸水等問題，而氧化物材料（如 HfO₂/SiO₂）因高熔點、高的環(huán)境穩(wěn)定性及高LIDT成為研究熱點。

研究采用電子束蒸發(fā)（EB）與離子輔助沉積（EB-IAD）技術，設計了6層 HfO₂/SiO₂膜系結構，總厚度 2180nm。通過對比兩種工藝發(fā)現(xiàn)：離子輔助技術顯著優(yōu)化膜層質量，EB-IAD 工藝制備的膜層結晶度更高，表面粗糙度更低且吸水率顯著降低。激光損傷閾值提升，EB-IAD 增透膜在 2.097μm 激光下的 LIDT 達 91.91 J/cm²，而EB 工藝僅為 11.25 J/cm2。經(jīng)過損傷形貌分析表明，EB增透膜受納秒熱效應的影響損傷點形貌較大較深，EB-IAD 膜層以等離子體燒蝕為主，損傷面積更小，界面結合力更強。該研究為中紅外增透膜的設計與制備提供了理論依據(jù)和工藝參考。研究成果有望應用于中紅外非線性晶體ZnGeP₂以及更多除了ZnGeP₂晶體以外的中紅外激光系統(tǒng)，如高功率激光加工、紅外成像、光通信等領域，推動相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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圖1(a)增透膜的透過率(b)增透膜的反射率(c)增透膜的LIDT測試