上海光学精密机械研究所----上海光机所在纳米叠层薄膜界面缺陷研究方面取得新进展

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超强激光科学卓越创新简报

(第七百二十期)

2025年10月28日

上海光机所在纳米叠层薄膜界面缺陷研究方面取得新进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光元件技术与工程部在纳米叠层薄膜界面缺陷研究方面取得新进展，相关研究成果以“Reduction of interface defects in Al₂O₃/HfO₂ nanolaminates using ultrathin SiO₂ interlayers grown via plasma-enhanced atomic layer deposition”为题发表于Optics Express。

具有可调折射率和光学带隙的纳米叠层材料能够适应更复杂的膜系设计需求，有利于制备高性能激光薄膜。Al₂O₃/HfO₂纳米叠层薄膜具有比Al₂O₃薄膜更高的折射率和比HfO₂薄膜更宽的光学带隙，能够提升多层激光薄膜的性能。此前的研究中，研究人员发现原子层沉积Al₂O₃/HfO₂纳米叠层的Al₂O₃-on-HfO₂界面存在界面缺陷较多和结合力较差等问题[ACS Applied Materials & Interfaces, 16, 31756–31767 (2024)]。而在光学薄膜的制备中，不可避免地存在大量的Al₂O₃-on-HfO₂界面，界面数量的大幅增加带来额外的吸收容易导致薄膜激光损伤性能的降低。

为了缓解界面数大幅增多带来的负面作用，同时保持其他性能，研究团队提出在Al₂O₃-on-HfO₂界面处加入超薄的SiO₂层来减少界面缺陷的策略。在子层厚度不同的两组Al₂O₃/HfO₂薄膜的Al₂O₃-on-HfO₂界面加入超薄的SiO₂层，对界面缺陷、光学性能和激光损伤性能进行了测试和比较。结果表明，添加SiO₂超薄层能够降低叠层薄膜的界面缺陷密度，提高激光诱导损伤阈值（LIDT）并减轻热效应损伤，同时对折射率等性能影响较小。将这种Al₂O₃–HfO₂–SiO₂纳米复合材料替代HfO₂材料作为高折射率层制备激光分束薄膜，LIDT可提高至1.5倍。这种添加超薄SiO₂层的策略可能同样适用于其他具有高密度界面缺陷的纳米叠层材料，有助于减少缺陷并提高相应高功率激光薄膜的性能。