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超强激光科学卓越创新简报

(第七百八十四期)

2026年6月16日

上海光机所在基于新型多孔SiO2材料制备紫外激光薄膜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基于新型多孔SiO2材料制备紫外激光薄膜研究方面取得新进展，相关研究成果以“Advanced nanoporous SiO2 coatings for ultraviolet laser-resistant high-reflection and anti-reflection optics”为题发表于Light: Advanced Manufacturing。

传统光学薄膜通常由高折射率材料（如HfO2）和低折射率材料（如SiO2）交替堆叠而成。其中，高折射率材料因光学带隙较窄，易成为激光损伤的薄弱环节，从而限制薄膜元件的整体激光耐受能力。若采用宽带隙的SiO2材料同时构建高折射率（致密SiO2）层与低折射率（多孔SiO2）层，则有望显著提升光学薄膜的激光损伤阈值。多孔薄膜材料的传统制备方法主要包括溶胶-凝胶法和倾斜沉积法，但前者在制备多层薄膜时易出现严重的膜层开裂现象，后者在大尺寸元件制备时又将面临均匀性不佳的挑战。

针对上述问题，研究团队基于选择性化学刻蚀混合材料方法研究了多孔SiO2膜层制备技术。首先，通过等离子体辅助电子束共蒸发技术沉积Al2O3–SiO2混合物薄膜；随后，利用酸溶液化学刻蚀工艺去除混合物层中的Al2O3组分，仅保留折射率可控的多孔SiO2结构。研究团队通过优化混合比例与刻蚀溶液，显著提升了刻蚀效率，并成功在200 mm × 120 mm × 30 mm的大尺寸熔融石英基底上制备了均匀性良好的多孔SiO2薄膜，其折射率和厚度均匀性均优于±1%。在此基础上，研究团队进一步制备了全SiO2结构的紫外激光高反射膜和减反射膜。两种薄膜在355 nm波长的激光辐照下均表现出与熔融石英基底相当的吸收水平，并具备较高的激光损伤阈值。其中，减反射膜的激光损伤阈值甚至超过了熔融石英基底。

相关研究得到了上海市优秀学术带头人项目、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划、上海领军人才项目以及国家自然科学基金的支持。

原文链接

图 1.全SiO2结构多层薄膜的制备过程示意图。

图 2.大尺寸多孔SiO2薄膜均匀性：（a）样品实物图，（b）光谱测试位置，多孔薄膜的（c）折射率均匀性和（d）厚度均匀性。

图 3.全SiO2结构的紫外激光薄膜性能：高反射膜的（a）制备过程示意图，（b）光谱性能和（c）吸收值；减反射膜的（d）制备过程示意图，（e）光谱性能和（f）激光损伤概率曲线。

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