近期，中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室采用倾斜沉积和衬底非连续梯度旋转技术，实现SiO2膜层的梯度折射率的精确控制，制备了一种超宽带、高损伤阈值、厚度均匀的高性能SiO2梯度折射率宽带减反射膜。相关成果以“High performance of broadband anti-reflection film by glancing angle deposition”为题发表在Optical Materials Express。
在各种光学系统中，任何来自激光窗口或系统透镜、光栅和碎片屏蔽的外部反射或散射光都会给光束增加空间噪声，限制系统集中足够功率的能力。在这些光学系统中，需要高性能AR膜来减少传感器系统中探测器和光学元件的反射。
传统的宽带减反射膜是使用高低折射率材料交替叠加制备，其能实现的减反射带宽受限于材料折射率和膜系，很难实现超宽带范围内减反射效果。在膜层倾斜沉积的情况下，通过精确调控孔隙率，可以实现空气和近材料本征折射率范围内的任意折射率，为超宽带减反射薄膜的研制提供很大的灵活性。然而，由于在倾斜沉积过程中存在明显的膜厚的不均匀性，极大降低了倾斜沉积制备的薄膜的实用性。
针对这一难题，课题组设计了基于SiO2膜折射率调控范围的非连续梯度旋转方案，结合电子束倾斜沉积技术，成功研制了一种超宽带、高损伤阈值且厚度均匀的高性能SiO2梯度折射率宽带减反射膜。分析了该膜层的剩余反射率、厚度均匀性和激光损伤阈值等性能，并与无转速的变折射率减反射膜和传统减反射膜进行了比较。研制的高性能超宽带减反射膜的平均剩余反射率在400nm-1800 nm光谱范围内可以达到0.59%，具有衬底速度的宽带减反射膜与没有衬底速度的宽带减反射膜相比具有更高的稳定性，并且比传统的减反射膜具有更高的损伤阈值。该研究成果可促进倾斜沉积超宽带减反射膜在高功率激光系统中的应用。
该项研究获得了国家自然科学基金的支持。
图1 三种条件下宽带减反射膜的实测剩余反射率曲线
图2 三种类型的减反射膜的LIDT
