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在基于混合物材料制备规整膜系分光膜，提升膜层性能研究方面取得进展。相应研究成果发表于《光学与激光技术》（Optics & Laser Technology）。
分光膜凭借其独特的光学性能，广泛应用于量子通信、测量以及激光系统等多个领域。对于应用于高功率激光系统中的分光膜而言，在实现特定光谱性能的同时，还需要具有高的激光损伤阈值，以满足激光系统不断攀升的输出功率要求。混合物薄膜材料因具备折射率和光学带隙可调谐的特性，近年来在高功率激光薄膜领域备受关注，并在高反膜、偏振膜、双色镜等薄膜的设计与制备中得到应用。
为了获得特定的分光比，分光膜的膜系结构中往往需要一层或多层非规整膜层，导致膜层电场强度的增加和膜层厚度控制难度的加大。研究人员通过改变混合物材料中两种材料的比例，实现混合物材料的调谐，进而利用规整膜系结构实现具有任意分光比的分光膜。在研究了不同混合比例下混合物薄膜的光学、力学等性能的基础上，对比研究了分别由纯HfO2材料、两种混合比例的HfO2–Al2O3混合物材料作为高折射率材料，与低折射率的纯SiO2材料配对制备的分光膜的性能。实验结果表明：基于混合物的分光膜具有更低的表面粗糙度、更大的光强分光带宽，并将激光损伤阈值（1064 nm）提升了近2倍。对于带宽要求较小的应用，基于混合物的分光膜可以将激光损伤阈值提高约2.6倍。因此，基于混合物材料制备的激光分光膜不仅可以获得更优异的性能，还可以简化设计和制造过程。本研究提出的设计策略为许多依赖高质量分光膜的激光领域提供新的思路。
图1 两类分光膜对比示意图
图2 由纯HfO2材料（PLBS1）、两种混合比例的HfO2–Al2O3混合物材料（PLBS2和PLBS3）作为高折射率材料，与低折射率的纯SiO2材料配对制备的分光膜的性能。（a）归一化透射光谱，（b）表面粗糙度，（c）电场强度分布，（d）激光损伤阈值