上海光機所提出二向色鏡設計新方法

　　近期，中國科學院上海光學精密機械研究所薄膜光學實驗室提出了一種基于混合膜層和類三明治結構界面的二向色鏡設計新方法，實現了在兩個波長兼具優良光譜性能和高激光損傷閾值的二向色鏡的制備。相關研究成果發表在Photonics Research上，并被選為Editors" Pick。

　　激光技術的發展對激光二向色鏡的要求日益提升。理想的激光二向色鏡需在兩個波長（或波段）具有顯著不同的光譜反射或透射特性，同時在兩個波長均具有高的抗激光損傷閾值。然而，傳統的由單一材料高、低折射率膜層交替組成的二向色鏡（TDLM）難以在兩個波長處同時實現優異的光譜性能和高的抗激光損傷閾值，需要在光譜性能和激光損傷閾值之間進行權衡。

　　該研究中，研究人員提出了基于混合膜層和類三明治結構界面的二向色鏡（MDLM）設計新方法，并進行了實驗驗證。采用HfO₂和Al₂O₃的混合材料作為折射率和光學帶隙可調諧的高折射率膜層，采用SiO₂作為低折射率膜層，高、低折射率膜層之間采用類三明治結構的梯度界面 （“SiO₂-HfO₂梯度材料|HfO₂|HfO₂-Al₂O₃梯度材料”）取代傳統的離散界面。該MDLM設計二向色鏡表現出優良的光譜性能，具有比TDLM更好的力學性能、更低的吸收和更高的抗激光損傷閾值。在532 nm的激光損傷閾值（脈寬7.7 ns、s偏振光）和1064 nm的激光損傷閾值（脈寬12 ns，p偏振光）均提升了近一倍。該基于混合膜層和類三明治結構界面的設計新方法為改進二向色鏡和其他激光薄膜開辟了新途徑，適用于一些需要高質量激光薄膜的激光技術領域。

　　研究工作得到國家自然科學基金委、中科院青年創新促進會、中科院戰略性先導科技專項等的支持。

圖1.基于混合膜層和類三明治結構界面的二向色鏡設計示意圖

　　圖2.TDLM和MDLM設計二向色鏡的結構和光學特性。（a）XRD譜；（b）透射光譜（左：0°入射；中：p偏振光，45°入射）和反射光譜（右：s偏振光，45°入射）；（c）鍍膜前后的面形；（d）劃痕測試后的表面和剖面形貌；（e）單脈沖激光損傷概率