紫外高阈值抗反射亚波长微结构的制备和特性研究

随着ICF研究的进展，高功率紫外激光器的工作通量将逐渐逼近甚至超过部分现有传统工艺光学元件的负载极限，限制了激光装置的输出能力。亚波长微结构在反射率、透射率和光谱特性等方面都显示出与常规衍射光学元件截然不同的特征，且直接在衬底材料上制备的亚波长结构避免了膜层引入的异质缺陷和应力失配问题。本项目采用矢量衍射理论进行高损伤阈值紫外亚波长微结构的设计，分析微结构参数对其光学性能和表面场强分布的影响；研究大面积低缺陷自组装过程中液-气-基底界面微球迁移机制，以自组装单层纳米微球模板结合反应离子刻蚀法，通过控制微球材料特性和刻蚀参数，研究制备二维紫外亚波长微结构的机理，开展实验制备工作并测试其抗损伤阈值、透过率等光学性能参数；尝试制备高精度复杂微结构亚波长光学元件的可能性。通过该项研究，可以使亚波长微结构的应用与研究扩展到紫外光波段，为提高紫外高功率激光光学元件的抗损伤性能和使用寿命提供新思路。

经过本项目三年来的支持，建立了微纳米结构抗反、增透的优化设计方法及模拟分析软件，发展了一种二氧化硅玻璃表面微结构加工技术，并针对355nm的紫外入射光进行了光学性能测试，结果表明玻璃表面的亚波长微结构具有较好的减反射特性，并且可以直接在衬底材料上制备，从而避免目前增透膜层引入的异质缺陷和应力失配问题，可充分提高高功率紫外激光器的工作通量，在提升ICF激光装置的输出能力方面有较好的应用前景。. 1、针对目前矢量计算方法难以计算较大结构，等效介质理论往往忽略了微结构散射引起的能量损失导致计算结果不够精确的理论局限性，本项目发展了一种基于矢量电磁场和标量衍射理论的新的计算方法，并用其对石英表面微纳米结构参数进行优化设计。. 2、针对熔石英玻璃表面大面积纳米结构加工的低效率、高成本问题，提出干涉光刻（掩模）－反应离子刻蚀、PS微球单层自组装（掩模）－反应离子束刻蚀、随机金属纳米颗粒（掩膜）-反应离子刻蚀的二维微纳结构加工方法，为高效、低成本、大面积制作用于抗反、增透的微结构表面提供了有效途径。. 3、开展了一系列二氧化硅玻璃表面微结构制作实验和光学测试实验，实验上获得355nm紫外入射光的反射率在1%以下，预示着其在提高ICF激光装置的输出能力方面有较好的应用前景。