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上海光机所在大面积宽角宽带减反超构表面研究方面取得进展

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团队在大面积宽角宽带减反超构表面研究方面取得新进展。研究团队采用纳米压印技术制备了大面积双面熔融石英纳米柱超构表面，实现了可见至近红外波段的宽带、宽角度减反效果，并展现出良好的高温稳定性和激光损伤耐受能力。研究成果以“Large-area nanoimprinted metasurfaces for wide-angle broadband antireflection with refractory and laser durability”为题发表于Applied Physics Letters。

高功率激光光学元件须兼具低反射、高热稳定性和高激光损伤阈值。传统多层减反膜虽具有优良光谱性能，但多层界面易受高温和强激光作用产生热应力、开裂或脱层，且减反性能对入射角和偏振敏感。仿生“蛾眼”亚波长结构通过渐变折射率降低菲涅耳反射，具有宽带宽角优势，但在熔融石英上实现大面积、高保真双面制备，并兼顾高温稳定性和激光耐受性仍面临挑战。

针对上述问题，研究团队结合纳米压印光刻与感应耦合等离子体刻蚀技术，在2 × 2 cm2熔融石英基底双面制备了高度约190 nm的锥形纳米柱阵列。该单材料渐变折射率结构将石英平均反射率由5.6%降至400-1500 nm范围内低于2.4%，并表现出宽角度、低偏振依赖的减反特性。同时，纳米结构提升了表面润湿性。经1100 ℃高温退火后，结构形貌和光谱性能基本保持稳定；在1064 nm纳秒激光测试中，其激光损伤阈值预估达23.5 J/cm2。该研究实现了兼具宽带宽角减反、高温稳定性和高激光耐受性的双面熔融石英纳米超构表面，为高功率激光光学元件提供了新的制备方案。

相关工作得到了国家自然科学基金、上海市自然科学基金和中国科协青年人才托举工程等项目的支持。

论文链接

图1. 大面积双面熔融石英纳米柱超构表面的光学性能与结构表征。（a）实验测量和（b）模拟得到的未图形化与图形化样品反射光谱；（c）-（d）纳米压痕测试结果；（e）2 × 2 cm2样品实物照片及纳米柱结构SEM图；（f）未图形化与图形化样品的水接触角。

图2. 大面积熔融石英纳米柱超构表面的高温稳定性与激光损伤特性。（a）快速热处理装置；（b）1100 ℃退火前后的反射光谱；（c）退火前后的SEM图；（d）1064 nm纳秒激光损伤测试装置；（e）-（f）未图形化和图形化样品的典型激光损伤形貌。

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