基于纳米“金字塔”结构的光学抗反射特性技术研究

张永平,王文涛,王 超,杨 健

(华北光电技术研究所,北京 100015)

1 引 言

对于许多光学系统而言,菲涅尔反射[1]是一个非常不利的因素,特别是在高功率激光系统如惯性约束核聚变(ICF)装置中,由于激光系统的输出功率密度非常高,光学元件表面的反射光不仅会降低输出能量和光束质量,甚至会损坏激光系统的元器件,最终降低系统的寿命和可靠性。因此,必须对光学元件表面进行减反处理。传统的方法是通过在元件表面镀光学薄膜来实现减反,主要包括单层膜法和多层膜法。单层膜法虽然比较容易实现零反射,但只能针对特定的波长,并且可选的膜层材料受限。多层膜法虽然能在较宽波段内实现减反,并且工艺比较成熟,但是仍存在许多固有的缺陷,如膜层的损伤阈值低。

亚波长结构[2-3]是指表面结构的特征尺寸与波长相当或更小的精细结构,通过刻蚀占空比随深度变化,形成渐变折射率分布,从而实现抗反射功能,理论上可实现零反射。亚波长抗反射结构具有如下优点[4-5]:通过调整结构参数,可实现任意的折射率分布,从而获得最佳的光学性能,这是传统镀膜技术难以实现的；亚波长结构是直接刻蚀在衬底上,因此抗损伤能力更强,可能达到本征材料的损伤阈值,而且在受到强激光辐照时不会脱落；亚波长结构可在宽谱段、大视场范围内减小表面反射,在某些波段可同时实现减反和谐波分离等多重功能；当亚波长结构与雨水、灰尘等接触时,由于结构的特征尺寸非常小,接触面积很小,可实现良好的疏水性和自清洁性,并且亚波长结构受温度、湿度等因素的影响较小；……