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1、记中科院上海光机所光学薄膜技术研究与发展中心特约通讯员徐艳中科院上海光机所光学薄膜技术研究与发展中心(以下简称薄膜中心)专门从事光学薄膜技术的研究与开发，其前身是1964年组建的、并集结了当时全国从事激光薄膜研制大部分骨干力量的上海光机所技术光学研究室“镀膜组”。经过40多年的发展，薄膜中心在光学薄膜制备方面拥有雄厚的研究基础和完善的测试平台；特别是高性能、高损伤阈值激光薄膜的研究处于国内领先水平。在稳抓基础研究、完善镀膜工艺的同时，薄膜中心积极转化研究成果，推进薄膜产业化，特别是在1999年成立了薄膜事业部。该部目前已经实现了汽车车灯薄膜、强光防护滤光片、透明导电膜、紫外激光薄膜和高品质激光
2、波长分离薄膜产品等多个系列薄膜产品和器件的量化生产。2007年，薄膜中心共获得四项国家自然科学基金的资助，薄膜事业部的主打产品防护滤光片达到年产50万片的产能，占据了国内同类产品30的市场份额。1加强应用基础研究。提高自主创新能力近几年薄膜中心致力于加强应用基础研究，提高自主创新能力，在光学薄膜的制备工艺、激光损伤机制及测试技术、薄膜应力机制探讨及面形控制、基于纳米技术的微观结构控制和特性分析等方面取得了国内领先的成果与技术，先后获得上海市科技进步奖2项和国家科技进步奖1项。在国内外核心专业期刊累计发表了300余篇高水平的科研论文，并申请了数十项发明专利。承担着多项国家863计划和国家自然科学
3、基金项目。中心目前有4名研究员、6名副研究员和高级工程师、15名助理研究员和工程师，优异成绩72 Jul2008的取得得益于这支优秀的科研团队组合。11光学薄膜的制备技术与工艺优化制备技术与工艺条件是获得高质量光学薄膜的基础，任何沉积方法或工艺参量的变化都可能对薄膜性能产生决定性的影响。近年来，薄膜中心针对现代光学相关领域的技术需求和制备工艺中发现的难题，组织科研人员加强了对成膜技术与沉积工艺的深入研究。研究内容既包括自主知识产权的镀膜控制技术，也涵盖了基底清洗、膜料组分、工艺参量和后处理技术等完整的制备流程。2007年薄膜中心报道了氧分压对nO。薄膜堆积VOL45 NO7 FEATU RES
4、图l不同氧分压下TiO。薄膜样品的SEM断面结构图2不同氧分压下riO：薄膜样品的激光损伤形貌密度和损伤阈值的影响，不同氧分压下制备的膜层断面和损伤形貌分别如图1、图2所示U ApplPhys，2007，102。063105)。相关研究表明：通过优化氧分压等关键工艺参量，可以实现对薄膜堆积密度、光学常数、结构组份和激光损伤等性能的有效调控。在后处理工艺方面，则重点开展了退火热处理、小光斑激光扫描预处理和离子束轰击等多种技术的处理工艺探索。尤其是在国际上创新性地提出了离子束后处理实验技术(OptLett，2004，29，2870)，明显降低了膜层缺陷密度、提高了抗激光损伤能力，图3为样品处理前后
5、的薄膜损伤阈值测量结果。12光学薄膜的激光损伤机制及测试技术光学薄膜的激光损伤是限制激光技术发展的关键技术难题之一，认识光学薄膜的激光损伤机制、发展相关测试技术对光学薄膜抗激光损伤能力的提升以及激光系统的发展具有重要意义。薄膜中心长期从事光学薄膜的激光损伤机制研究，取得了大量有价值的科研成果，包括电场和温度场设计、界面吸收模型以及热力耦合损伤模型等。2007年发表的关于光学薄膜在短脉冲和超短脉冲激光作用下的损伤机制OptSocAmB，2007，24，538)一文曾引起国际同行的关注；最近又提出紫外纳秒脉冲激光对光学薄膜损伤新的物理模型(OptExp，2008，16，3376)，解释了纳米级缺陷
6、诱导激光损伤的物理过程，图4给出不图3离子束后处理对薄膜激光损伤阈值的提升效果 图4不同能带宽度对应的光致电离情况中国光学期刊网1M，Wopticsjournalnet 73 图5二维扫描薄膜吸收测量结果同能带宽度对应的光致电离情况。在长期积累的基础上，薄膜中心在激光损伤特性相关澳4试技术方面也得到了长足的发展。自主建立了符合国际标准的激光损伤阈值测试装置，并研制出灵敏度达10。7量级的光学薄膜微弱吸收测量仪(图5为典型的吸收测量结果)、总积分散射测试装置以及小光斑扫描激光预处理装置等一系列适用于高性能激光薄膜研究的专用测试设备。13薄膜应力机制探讨及镀膜元件的面形控制图6 ZrOdSiO：多
7、层膜中残余应力与膜厚组合周期数的关系74 Jul2008图7薄膜应力在线监测装置原理图在精密光学系统中，薄膜体系应力的存在往往导致光学元件变形从而引起光束波前畸变；而在强激光辐照下，更可能由于预应力的存在加速热力耦合过程，成为薄膜损伤发生的诱导因素。薄膜中心在对单层膜应力研究的基础上，探讨了多层膜应力演变规律，指出了界面应力的影响，为精确调控薄膜应力提供了科学依据(OptLett，2005，30，2119)，图6为不同周期多层膜的应力演变规律。为深入探讨应力的产生机制和发展规律，中心还建立了薄膜应力在线监i贝0装置，开展镀膜过程中膜层应力演变机理研究，图7为在线监测装置原理图。基于应力研究成果
8、，中心结合大口径光学镀膜元件的应用要求，通过积累和分析镀膜前后的元件面形变化数据，系统研究了设计、制备、应用等各方面因素对元件面形的影响，取得了有效控制大口径元件面形变化的工艺进展。14基于纳米技术的微观结构控制和特性分析纳米微结构薄膜可以构成新型的光学元件。与传统的光学元件相比，这类元件一般都具有微型化、易于集成的优点，特别是由于其结构和性能具有更多的可控性、灵活性，有望获得设计新颖、功能独特的新型元器件，因此，该领域已经成为国际上备受关注的热点。薄膜中心在电子束蒸发技术中使用倾斜角沉积的方法，制备了“雕塑”微结构薄膜，具有明显的双折射特性，其结构呈现出倾斜、螺旋等不同形貌，典型的SEM断面
9、结构如图8所示Alloys Compounds，2007，431，287)。 。结合薄膜沉积工艺和纳米刻蚀技术，中心制备的波导微结构具有峰值效率高、共振波长和线宽可控、宽光谱范围内具有极低反射率等优良特性，而且能得到任意窄的带宽，对于超窄带滤波器的开发具有十分重要的应用价值。中心还深入研究了共振条件下光与特种微观结构的相互作用，发现在斜入射和垂直入射情况下器件出现不同形式的电场增强效应，而且介电常数的调制度可以控制电场增强的幅度(OptLett，2006，31，1223)，图9为双层波导微结构的近场光分布计算结果。2推动成果转化，瞄准全球市场经过薄膜中心几代科研工作者的共同努力，中心的产业化发
10、展已经迈出了成功的步伐，从实验室少量生产发展成拥有独立厂房的多个系列薄膜产品的批VOL45 NO7 FEATURES图8“雕塑”双折射TiO。薄膜的SEM断面结构量化生产；在生产设备条件、人员配置、生产管理和产品性能等方面都具有一定的市场竞争力。2006年底薄膜事业部被美国JDSU公司的Custom Optics授予中国区产品唯一销售代理商。2007年薄膜事业部生产的光学薄膜、激光薄膜等产品，总年产值已超过千万，产品质量满足ANSI、CE等国际标准要求，用户遍及国内、欧美、澳大利亚、日本等。2008年中心的发展方向定位在加大科研成果的转化力度，瞄准全球光学薄膜市场。光学薄膜事业部现在拥有包括高
11、性能VeecoSpector离子束溅射镀膜机、18 m电子束蒸发镀膜机、Inficon IC5晶控仪、Mark离子源等关键部件在内的10余套镀膜系统；配备有Lambda一900分光光度计、Zygo干涉仪等，激光损伤阈值测试平台、光热效应弱吸收测量仪等产品性能测试仪器以及500多平方米万级超净工作间。事业部由2名经验丰富的专家带队，4名具有博士学位的高学历专业人员作为技术骨干，兼有30多名工艺娴熟的镀膜操作人员或配套技术人员。在玻璃图9双层波导微结构的近场光分布基片粗清洗、玻璃基片精洗、镀膜、产品检测、包装、入库发货等各个生产环节都有明确的质量控制标准。每片镀膜产品品质都有明确记录，以便于发现问
12、题和及时反馈，保证产品质量稳定。光学薄膜事业部的产品波长范同跨越软X射线、紫外、可见和近红外波段，不仅有各类减反膜、高反膜、偏振膜、分束镜等常规光学薄膜以及强光防护滤图10紫外激光薄膜中国光学期刊网wwwopticsjournalnet 75 76 Jul2008光片、透明导电膜等专用薄膜器件，还可根据客户特殊技术要求设计并提供各类高损伤阈值激光薄膜产品。镀膜基底包括各类平面镜、曲面镜、棱镜等，镀膜尺寸小至几毫米，大至几百毫米。事业部的特色产品有以下几种。21防护滤光片防护滤光片是焊接自动变光面罩的重要元件，其主要功能是阻止紫外线和红外线，降低可见光的透过率，以保护眼睛。事业部从最初每年数千片
13、的销售量，经过几年的发展，已经达到了年产50万片的生产能力，占据了国内近30的市场份额。22紫外激光薄膜紫外薄膜作为紫外抽运激光器、紫外气体激光器等激光器的主要部件，广泛应用于工业加工、半导体、生物医疗、物理电子等领域。事业部不断改进紫外激光薄膜的光学性能和抗激光损伤能力，提供紫外高反射、减反射、部分反射、分束等各类高性能激光薄膜产品，波长范围193355 nm(女n图10)，技术指标和损伤阈值达国内领先水平，服务于国内大中型激光器制造企业。23高阈值激光薄膜产品可为各大公司、高校及科研院所提供性能可靠、性价比高的高阈值激光薄膜产品，产品包括1064 am，1342nm，2100 nm等多种激
14、光器上使用的反射腔镜和输出境。其中，1064 nm反射镜的阈值可达30 Jcm2(12 ns)。广泛应用于激光打标机、切割机、焊接机、激光加工和医疗等领域。24高品质激光波长分离薄膜产品可批量提供Nd：蟾激光器上使用的266 nm、355 Bill、532 nm、1064 am等波长分离薄膜元件，Nd：YV04激光器上使用的914 Bill、1064 am、1342 m等波长分离薄膜元件，Yb：YAG激光器上使用的980nm、1030 nm等波长分离薄膜元件。其中掺Yb光纤激光器用970980 am与10251080 nm波长分离薄膜元件的技术指标达国内外先进水平。25晶体镀膜可在各类晶体上根
15、据用户的使用要求镀制单波长增透膜、多点波长增透膜、高反膜等。尤其是在YAG晶体上镀制的薄膜光学性能稳定，激光损伤阈值高。26大尺寸激光元件镀膜承接各类大尺寸激光薄膜元件镀膜。可镀制1 m长度范围内的各类激光棒，b570 mm尺寸范围内的各类强激光薄膜，包括偏振片，厚度均匀性可控制在1以内。薄膜中心主任简介：邵建达(1964一)，研究员，博士生导师，现任上海光机所副所长、上海光机所光学薄膜技术研究与发展中心主任、中国光学学会光学材料专业委员会主任、上海激光学会光学薄膜专业委员会主任。1986年毕业于浙江大学，1998年获中科院上海光机所光学工程博士学位。一直从事光学薄膜，特别是高功率激光薄膜、软X射线激光薄膜等研究。曾先后留学英国、意大利，从事光学薄膜以及半导体气体传感器等研究。“十五”期间，针对我国高功率激光装置建设需求，主持并圆满完成“高质量高破坏阈值介质薄膜”等多项国家863计划课题的研究。获得过上海市科技进步二等奖、三等奖各一次，已发表或指导学生发表论文100余篇。VOL45 NO7 高精尖探索铸就技术摇篮产学研联动发展镀膜产业记中科院上海光机所光学薄膜技术研究与发展中心作者： 徐艳作者单位：刊名： 激光与光电子学进展英文刊名： LASER & OPTOELECTRONICS PROGRESS年，卷(期)： 2008，45(7)被引用次数： 0次本文链接：http:/
