近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光元件技術與工程部薄膜光學研發中心與湖南大學、上海理工大學研究人員合作，在中紅外增透膜激光損傷性能研究方面取得新進展。研究團隊通過優化制備工藝，在石英基底上研發出基于 HfO2/SiO2材料的6層中紅外雙面增透膜，其激光誘導損傷閾值(LIDT)達 91.91 J/cm2。相關成果以“The performance of laser-induced damage of a 2-4 μm mid-infrared anti-reflective coating based on HfO2/SiO2 materials”為題發表于Infrared Physics & Technology。
 

　　紅外光學元件表面反射損耗顯著，增透膜成為提升器件效率的關鍵。傳統紅外增透膜材料(如氟化物、硫化物)存在穩定性不足、易吸水等問題，而氧化物材料(如 HfO2/SiO2)因高熔點、高的環境穩定性及高LIDT成為研究熱點。
 

　　研究采用電子束蒸發(EB)與離子輔助沉積(EB-IAD)技術，設計了6層 HfO2/SiO2膜系結構，總厚度 2180nm。通過對比兩種工藝發現：離子輔助技術顯著優化膜層質量，EB-IAD 工藝制備的膜層結晶度更高，表面粗糙度更低且吸水率顯著降低。激光損傷閾值提升，EB-IAD 增透膜在 2.097μm 激光下的 LIDT 達 91.91 J/cm2，而EB 工藝僅為 11.25 J/cm2。經過損傷形貌分析表明，EB增透膜受納秒熱效應的影響損傷點形貌較大較深，EB-IAD 膜層以等離子體燒蝕為主，損傷面積更小，界面結合力更強。該研究為中紅外增透膜的設計與制備提供了理論依據和工藝參考。研究成果有望應用于中紅外非線性晶體ZnGeP2以及更多除了ZnGeP2晶體以外的中紅外激光系統，如高功率激光加工、紅外成像、光通信等領域，推動相關產業的發展。
 

圖1(a)增透膜的透過率(b)增透膜的反射率(c)增透膜的LIDT測試