上海光机所在中红外增透膜激光损伤性能研究中取得重要突破

近期，中科院上海光机所高功率激光元件技术与工程部薄膜光学研发中心与湖南大学、上海理工大学研究人员合作，在中红外增透膜激光损伤性能研究方面取得新进展。研究团队通过优化制备工艺，在石英基底上研发出基于 HfO2/SiO2材料的6层中红外双面增透膜，其激光诱导损伤阈值（LIDT）达 91.91 J/cm²。相关成果以“The performance of laser-induced damage of a 2-4 μm mid-infrared anti-reflective coating based on HfO2/SiO2 materials”为题发表于Infrared Physics & Technology。

红外光学元件表面反射损耗显著，增透膜成为提升器件效率的关键。传统红外增透膜材料（如氟化物、硫化物）存在稳定性不足、易吸水等问题，而氧化物材料（如 HfO2/SiO2）因高熔点、高的环境稳定性及高LIDT成为研究热点。

图1(a)增透膜的透过率(b)增透膜的反射率(c)增透膜的LIDT测试

研究采用电子束蒸发（EB）与离子辅助沉积（EB-IAD）技术，设计了6层 HfO2/SiO2膜系结构，总厚度 2180nm。通过对比两种工艺发现：离子辅助技术显著优化膜层质量，EB-IAD 工艺制备的膜层结晶度更高，表面粗糙度更低且吸水率显著降低。激光损伤阈值提升，EB-IAD 增透膜在 2.097μm 激光下的 LIDT 达 91.91 J/cm2，而EB 工艺仅为 11.25 J/cm²。经过损伤形貌分析表明，EB增透膜受纳秒热效应的影响损伤点形貌较大较深，EB-IAD 膜层以等离子体烧蚀为主，损伤面积更小，界面结合力更强。该研究为中红外增透膜的设计与制备提供了理论依据和工艺参考。研究成果有望应用于中红外非线性晶体ZnGeP2以及更多除了ZnGeP2晶体以外的中红外激光系统，如高功率激光加工、红外成像、光通信等领域，推动相关产业的发展。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.infrared.2025.105771