1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜实验室，上海 201800
3 中国科学院强上海光学精密机械研究所激光材料重点实验室，上海 201800
4 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心，北京 100049
5 国科大杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
时间分辨的泵浦探测技术是研究光学元件损伤动态过程的有力手段。基于增强电荷耦合器件（ICCD）的时间分辨泵浦探测技术，对比研究了1064 nm纳秒激光辐照下HfO2/SiO2增透膜膜面处于激光入射面（正向过程）和出射面（反向过程）两种情况下的动态损伤过程。在同一能量密度（52 J/cm2）激光辐照下，正向和反向过程都产生了无膜层剥落的小坑损伤以及伴随膜层剥落的小坑损伤，但反向过程产生的小坑的横向尺寸和深度都比正向的大。有限元分析结果表明正向和反向过程中增透膜内部的基底-膜层界面场强相似，但实际损伤形貌尺寸以及依据冲击波传播速度计算得到的爆炸能量都表明反向过程沉积的能量更大，可见等离子体形成后在后续激光脉冲辐照下的发展过程决定了两种情况下的损伤差异。增透膜损伤的时间分辨研究对其损伤机制分析以及实际应用具有重要意义。
薄膜 增透膜 激光诱导损伤 时间分辨 等离子体 冲击波
低反射率和超亲水性是提高电子器件性能的理想条件，石墨烯作为一种新型超导材料在电子信息领域得到了广泛的应用。目前实现低反射和超亲水性多依赖飞秒激光对石墨表面进行微结构设计和加工，较高的加工成本限制了其进一步的发展。因此，提出了一种基于皮秒激光的低成本、低反射率石墨表面微结构制备方法。通过实验系统地研究了激光加工参数对石墨表面微观形貌及其反射率和亲水性的影响。结果表明，经激光加工后，具有微结构表面的石墨样品反射率明显降低。此外还实现了样品接触角的有效调控，同时验证了加工后石墨样品表面氧化石墨烯的生成。利用紫外皮秒激光器在石墨表面制备微结构的方法具有高效可控、低成本等优点，为制备表面功能组件方面的潜在应用提供了技术支撑。
皮秒激光 抗反射 表面浸润性 氧化石墨烯 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0514005
1 北京科技大学 新材料技术研究院，北京 100083
2 郑州航空工业管理学院 河南省航空材料与应用技术重点实验室，河南 郑州 450046
3 天津津航物理技术研究所，天津 300308
稀土掺杂可以有效地改变基体材料的结构并提高使用性能。利用磁控溅射法在单晶硅和多晶CVD金刚石上分别制备了未掺杂及La掺杂的Y2O3薄膜，研究了La掺杂氧化钇（Y2O3）增透薄膜的组成、结构及性能。X射线光电子能谱（XPS）和掠入射X射线（GIXRD）研究表明，金属La与O相互作用，以La-O化合物形式存在于Y2O3薄膜中，未掺杂的Y2O3薄膜呈现立方（222）面柱状晶体取向，随着La掺杂功率的增加，开始出现新的单斜Y2O3相（111）晶面。从扫描电镜（SEM）观察到不同La掺杂功率下Y2O3薄膜呈现柱状晶结构，结晶质量较好。由原子力显微镜（AFM）证实，与未掺杂的Y2O3薄膜相比，La掺杂的Y2O3薄膜具有较低的粗糙度(RMS)值。在La掺杂的Y2O3薄膜中，随着La浓度的增加，柱状晶的晶粒尺寸显著减小。在8~12 μm的长波红外范围内，La掺杂后的Y2O3/金刚石薄膜最大透过率为80.3%，与CVD金刚石相比，透过率提高19.8%。颗粒细小的La掺杂Y2O3薄膜具有较高的硬度和弹性模量，硬度由未掺杂(12.02±0.37) GPa增加到(14.14±0.39) GPa，弹性模量由(187±14) GPa 增加到(198±7.5) GPa。结果表明，与未掺杂Y2O3薄膜相比，La掺杂的Y2O3薄膜在保持较高红外透过率条件下，通过细晶强化获得了更高的硬度，有利于提升砂蚀、雨蚀等冲刷性能。
CVD 金刚石 Y2O3增透膜 La掺杂 透过率 CVD diamond Y2O3 anti-reflection film La doping transmittance 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230240
1 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室，上海 201800
4 中国科学院超强激光科学卓越创新中心，上海 201800
针对传统熔石英激光窗口在碱金属蒸气环境下易腐蚀的痛点问题，提出了在蓝宝石材料上制备增透微结构的方法，以实现耐高温、耐腐蚀的高透激光窗口。在理论仿真的基础上，采用干涉曝光与反应离子束刻蚀技术，在蓝宝石基底表面上制备了增透微结构，其对795 nm光的单面透过率达到99.23%。在此基础上，制备了双面增透微结构和一面增透微结构一面增透膜的蓝宝石窗口片，相较于蓝宝石基底，它们对795 nm光的透过率分别提升了12.13%和13.02%。高功率激光作用温升测试结果表明，当激光功率从35 W增加到99.6 W时，裸基板温度增加了5.9 ℃，但是双面增透样品的温升均为3.8 ℃，表明双面增透处理可以适当降低温升。同时，光束质量测试结果表明，当高功率激光作用下微结构窗口的温度控制在200 ℃以内时，双面增透样品的光束质量因子在横向上的变化小于0.05，在纵向上的变化小于0.06，表明该增透窗口对入射光光束质量的影响甚小。
薄膜 增透微结构 干涉曝光 反应离子束刻蚀 中国激光
2023, 50(22): 2203101
1 西南科技大学材料与化学学院，四川 绵阳 621010
2 西南科技大学数理学院，四川 绵阳 621010
结合当前塑料基材表面构建减反射结构的现状和趋势，使用COMSOL Multiphysics软件在可见光谱范围内研究了中空二氧化硅粒子（HSP）和HSP-实心二氧化硅粒子混合对所构成的减反射表面的光学性能的影响。具体考察的因素包括：HSP的尺寸、空心度、粒子间距、树脂覆盖高度、入射角和排布方式等几何参数。结果表明，当采用半径为100 nm的HSP，且树脂覆盖粒子一半高度时，在六方格子排布的HSP间隙掺入小尺寸实心二氧化硅粒子，可在整个可见光谱范围内获得较低的反射率，涂层的平均反射率可低至0.24%。
薄膜 中空二氧化硅 涂层 减反射 COMSOL Multiphysics软件
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室，上海 201800
高透过率的窗口材料是光电系统高精度和稳定性的重要保障。金刚石材料集优良的光学特性以及高热导率、低热膨胀系数等特性于一身，是性能优异的宽波段窗口材料。但金刚石在可见光及红外波段的高折射率限制了它的进一步应用，构筑减反射微纳结构抑制金刚石表面反射损耗是较为有效的方法之一。本文综述了近年来金刚石减反射微纳结构的研究进展，着重介绍了微纳结构的减反射机理以及激光加工和离子刻蚀两类加工方式的基本原理及工艺条件，总结了两种方式制备的表面微纳结构对金刚石透过率的影响，对比了各类制备技术的优缺点，并简单介绍了金刚石的应用前景，旨在为相关领域的研究人员提供技术参考。
表面光学 金刚石 微纳结构 减反射机理 激光加工 离子刻蚀 应用前景
华东理工大学 材料科学与工程学院, 上海 200237
用溶胶-凝胶法制备了含有四种不同模板剂的镀液, 通过浸渍镀膜法在玻璃上制膜, 并采用不同热处理工艺制得镀膜玻璃。对各种玻璃进行光透过率比较, 发现用P65模板剂的镀膜玻璃光透过率最高, 在400~800 nm 光波长范围内平均光透过率最大; 玻璃基片最合适的提拉速度是40 mm/min, 最佳的热处理温度和时间分别为500 ℃和10 min。由原子力显微镜(AFM)观察发现, 优化条件下所制的膜层平整, 采用百格法测得玻璃镀膜层具有较好的硬度。
减反射 玻璃 模板剂 工艺条件 光透过率 anti-reflection glass template agent process conditions light transmittance
1 昆明理工大学机电工程学院，云南 昆明 650500
2 云南北方光学科技有限公司，云南 昆明 650217
红外光学元件是红外光学系统的核心部分之一，硫系玻璃具有透过波段宽、消色差和消热差性能好、原材料来源广泛的特点，是一类优异的红外光学材料，在红外领域具有广阔的应用前景。但相比其他红外光学材料，硫系玻璃具有热膨胀系数大、软化点温度低的特点，其待镀膜表面的加工和薄膜沉积难度较大。本文介绍了硫系玻璃待镀膜表面的加工方法，综述了在硫系玻璃元件表面镀增透膜和保护膜的方法及研究进展，归纳总结了硫系玻璃待镀膜表面加工和镀膜现状及存在的问题，并展望了其光学表面制备和镀膜的发展趋势。
材料 硫系玻璃 光学加工 增透膜 保护膜 红外光学 激光与光电子学进展
2022, 59(21): 2100003
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 光驰科技(上海)有限公司，上海 200444
为了提高电子产品显示屏幕的耐用性，研制了可见光波段的硬质减反射薄膜。使用新材料SiAlON代替常用低折射率材料SiO2，依据Clausius-Mossotti方程式对其等效介电常数进行了理论计算，并进行了实验验证。经测试，基于SiAlON与Si3N4制备的硬质减反射薄膜的平均硬度达到1773.9 HV，可见光波段的平均反射率为0.489%。所提方法在保证薄膜减反射效果的同时提升了薄膜硬度，所研制的薄膜对电子产品的显示屏起到了更好的保护作用。研究结果对在低反射和高硬度方面具有较高要求的光学组件具有重要意义。
薄膜 光学薄膜 减反射膜 SiAlON 硬度
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 乐山师范学院, 四川 乐山 614000
基于传统抛物面蛾眼结构(PSMS)的优良减反性能,设计出一种具有抛物线中心截面的新型苞状蛾眼结构(BSMS)。采用时域有限差分法(FDTD),通过对比PSMS在不同底面直径和高度下的平均反射率,确定了最佳底面直径为200 nm;在此基础上分析了PSMS、BSMS及圆锥形蛾眼结构(CSMS)在不同高度下的反射率大小和截面电场强度分布,并通过等效介质理论对BSMS的减反性能进行进一步理论分析。结果表明:在300~1200 nm波段和300~1000 nm高度范围内,BSMS的平均反射率均低于PSMS及CSMS;当底面直径为200 nm、高度为800 nm时,BSMS的平均反射率低至0.19%,减反效果约为PSMS的3.5倍,约为CSMS的3.8倍,具有优异且平稳的抗反射性能,为减反结构的进一步设计和优化提供了参考。
材料 苞状蛾眼结构 时域有限差分法 减反射 太阳能电池 光学学报
2021, 41(14): 1416001
