本所声明  |  联系方式  |  中国科学院  |  数字认证(OA)   |  ARP  |  English  |  邮箱
新闻动态 > 科研动态

超强激光科学卓越创新简报

(第八百二十一期)

2026年9月15日

上海光机所在基于Al2O3/HfO2纳米叠层梯度折射率结构的皮秒激光反射薄膜抗损伤性能研究方面取得进展

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邵建达、朱美萍研究团队在基于Al2O3/HfO2纳米叠层梯度折射率结构的皮秒激光反射薄膜抗损伤性能研究方面取得新进展，相关研究成果以“Enhancing laser-induced damage threshold of picosecond laser mirrors using graded-refractive-index multilayer structures”为题发表于Journal of Applied Physics。

传统光学薄膜通常采用高、低折射率材料交替堆叠结构，其中SiO2作为低折射率材料，HfO2等作为高折射率材料。提高高折射率材料的折射率有利于拓宽反射带宽，但此类材料通常光学带隙较窄，在强激光辐照下更容易发生损伤。同时，薄膜电场由空气侧向基底方向逐渐衰减，靠近空气侧的高电场区域最容易成为损伤起始位置。因此，如何兼顾反射带宽和激光损伤阈值，是皮秒激光反射镜设计中的关键问题。

研究团队提出了一种基于梯度折射率复合材料的皮秒激光反射薄膜设计策略。以Al2O3/HfO2纳米叠层材料和Al2O3作为高折射率层，以SiO2作为低折射率层，设计并制备了梯度折射率反射镜M-Graded，并与采用固定组分Al2O3-HfO2混合材料作为高折射率层的M-Constant反射镜进行对比。M-Graded反射镜在靠近空气侧的高折射率层中采用光学带隙较宽、激光耐受能力较高的Al2O3；靠近基底的高折射率层则采用Al2O3/ HfO2纳米叠层材料。每个纳米叠层均由四组Al2O3/ HfO2子层构成，通过改变不同纳米叠层中的子层厚度比，使其等效折射率由空气侧的1.63逐渐提高至基底侧的1.86。用于对比的M-Constant采用共蒸发Al2O3- HfO2混合材料，其Al2O3与HfO2比例设为0.69:0.31，与M-Graded中两种材料的总体比例基本一致。

研究对两种反射镜的光谱性能、表面粗糙度、膜层应力及皮秒激光损伤特性进行了系统比较。结果表明，两种反射镜在1053 nm附近的s偏振反射率均超过99.5%；M-Graded的高反射带宽为81 nm，仅略低于M-Constant的87 nm。在1053 nm、约8 ps激光辐照下，M-Graded的激光损伤阈值达到9.4 J/cm2，较M-Constant的6.3 J/cm2提高至1.49倍。损伤形貌及深度分析表明，两种反射镜的损伤起始均与表面纳米级吸收性缺陷密切相关， M-Graded的损伤分布范围更深、更分散。研究表明，在近表面高电场区域使用宽带隙材料Al2O3，并利用Al2O3/HfO2纳米叠层逐步提高深层高折射率层的折射率，可在仅小幅牺牲反射带宽的条件下显著提升皮秒激光反射薄膜的抗激光损伤性能。

相关工作得到了上海市学术带头人、上海市领军人才计划以及中国科学院基础研究青年科学家项目的支持。

原文链接

图1 （a）M-Graded反射镜和（b）M-Constant反射镜的镀膜结构示意图。

图2 (a) 纳米叠层 NG1、NG5和 NG9的横截面图像。(b) M-Constant 反射镜和 M-Graded 反射镜中 Al 和 Hf 的元素组分。

图3 激光薄膜性能 (a) 反射率光谱，(b) 表面粗糙度， (c) 激光损伤概率曲线，(d)损伤深度分布以及涂层内部电场分布之间的关系。

附件下载：

copyright 2000- 中国科学院上海光学精密机械研究所 沪ICP备05015387号-1
主办：中国科学院上海光学精密机械研究所 上海市嘉定区清河路390号(201800)

转载本站信息，请注明信息来源和链接。 沪公网安备 31011402010030号


上海光机所
微信公众号

尚光聚力
微信公众号