近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光元件技術(shù)與工程部研究團(tuán)隊(duì)在基于氧化鉭的混合物薄膜研究方面取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Optical and femtosecond laser-induced damage-related properties of Ta2O5-based oxide mixtures”為題發(fā)表于《合金與化合物學(xué)報(bào)》(Journal of Alloys and Compounds)。
 

　　飛秒激光在激光精細(xì)加工、生物醫(yī)學(xué)、非線性光學(xué)成像、高功率激光等多個(gè)領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。光學(xué)薄膜在飛秒激光系統(tǒng)中有重要的作用，然而其承受高強(qiáng)度飛秒激光脈沖的能力會(huì)受到激光誘導(dǎo)損傷閾值(LIDT)的限制。在超快時(shí)間尺度，薄膜的LIDT與材料帶隙具有極大關(guān)聯(lián)，高折射率材料與低折射率材料的混合可以調(diào)節(jié)其帶隙。因此有必要研究不同的混合材料對(duì)薄膜光學(xué)性能以及與激光誘導(dǎo)損傷閾值相關(guān)性能的影響。
 

　　研究人員通過等離子體輔助電子束共蒸發(fā)沉積了四種基于Ta2O5的混合物薄膜，包括Ta2O5-TiO2、Ta2O5-HfO2、Ta2O5-Al2O3和Ta2O5-SiO2，并與Ta2O5單層膜進(jìn)行了比較。研究了薄膜的化學(xué)成分、微觀結(jié)構(gòu)、光學(xué)和飛秒激光 誘導(dǎo)損傷閾值(LIDT)特性。對(duì)于不同的混合材料，當(dāng)混合物薄膜的折射率接近時(shí)，飛秒激光誘導(dǎo)損傷閾值表現(xiàn)出相當(dāng)大的差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與其他混合物薄膜相比，Ta2O5-HfO2混合物薄膜具有更大的光學(xué)帶隙和更高的飛秒LIDT。Ta2O5-HfO2混合物涂層的1-on-1 LIDT約為1032.3mJ/cm2(170fs)，比Ta2O5單層膜的LIDT高25%。該項(xiàng)目考察了混合對(duì)于薄膜宏觀性能的影響，為后續(xù)的薄膜研發(fā)提供材料選擇。
 

　　相關(guān)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的支持。
 

　　圖1 氧化鉭薄膜以及四種混合物薄膜的(a)透射率光譜；(b)折射率；(c)吸收以及(d)帶隙對(duì)比。

 

　　圖2 (a)在S-on-1(S=1，3，5，7，9)LIDT測(cè)試模式下，激光誘導(dǎo)損傷面積與激光能量密度的關(guān)系圖；(b) 氧化鉭薄膜以及四種混合物薄膜的激光誘導(dǎo)損傷閾值與激光脈沖數(shù)量的關(guān)系圖。