近日，中國科學院上海光學精密機械研究所薄膜光學實驗室在基于低溫等離子體增強原子層沉積的紫外減反射激光薄膜研究中取得新進展，初步實現(xiàn)了紫外減反射薄膜的損傷閾值提升。相關研究成果已發(fā)表在Journal of Alloys and Compounds上。

原子層沉積技術具有非常精確的厚度可控性、高均勻性、優(yōu)異的共形性和較高的激光損傷閾值，在激光薄膜領域具有良好的前景。目前，通過熱原子層沉積制備高功率激光薄膜的嘗試主要集中在使用TiO2和Al2O3材料，或者HfO2和Al2O3材料制備近紅外減反射薄膜。利用原子層沉積技術制備紫外減反射薄膜的報道相對較少。大量的電子束激光薄膜研究結果表明，使用HfO2和SiO2材料能夠獲得更高激光損傷閾值的紫外減反射薄膜。然而，熱原子層沉積技術制備SiO2所需的沉積溫度較高，不利于HfO2層的抗激光損傷性能。

研究人員采用低溫等離子體增強原子層沉積技術，系統(tǒng)研究了SiO2和HfO2薄膜的激光相關性能。與HfO2薄膜相比，SiO2薄膜具有較低的雜質(zhì)含量與吸收，表現(xiàn)出更高的激光損傷閾值。這使得低溫等離子體增強原子層沉積的SiO2薄膜適合于紫外激光應用。設計并采用低溫等離子體增強原子層沉積技術制備了一種應用于355 nm激光的雙層結構HfO2/SiO2減反射薄膜。該減反射薄膜在355nm的實測反射率低于0.2%，激光損傷閾值（24.4 J/cm²，脈寬7.8ns）高于電子束沉積減反膜薄膜（20.6 J/cm²，脈寬7.8ns）。該項成果有望為紫外減反射薄膜的抗激光損傷性能提升提供新思路，豐富紫外減反射薄膜的制備技術。

圖1.低溫PEALD技術沉積HfO2/SiO2紫外減反膜示意圖

 

圖2.等離子體增強原子層沉積（PEALD）和電子束沉積（E-beam）減反射薄膜的性能對比。（a）反射光譜，（b）膜層吸收，（c）激光損傷概率。

相關工作得到了國家自然科學基金委、中國科學院青年創(chuàng)新促進會基金、上海市青年拔尖人才計劃、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項等的支持。