近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室在寬帶隙氧化物薄膜非線性吸收系數(shù)測(cè)量研究方面取得進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)通過抑制薄膜基底的非線性響應(yīng)，提高測(cè)量信噪比，獲得了HfO2、Al2O3和SiO2等常用薄膜材料的非線性吸收系數(shù)。相關(guān)成果發(fā)表在Optical Materials Express（《光學(xué)材料快訊》）上。
HfO2、Al2O3和SiO2等薄膜材料是高功率激光系統(tǒng)中的常用材料，由于其光學(xué)帶隙很寬，在現(xiàn)今運(yùn)行的超強(qiáng)超短激光中可以忽略其非線性光學(xué)響應(yīng)。隨著國內(nèi)100 PW激光裝置的建設(shè)，以及峰值功率向EW量級(jí)發(fā)展，薄膜材料極其微弱的非線性光學(xué)響應(yīng)也將影響激光輸出性能。準(zhǔn)確測(cè)量薄膜材料的非線性光學(xué)常數(shù)，是有針對(duì)性設(shè)計(jì)超高峰值功率光學(xué)薄膜元件的基礎(chǔ)。
研究團(tuán)隊(duì)提出了一種高靈敏度測(cè)試此類薄膜非線性吸收的方法。通過分析基底材料類型和厚度對(duì)薄膜測(cè)試的影響，優(yōu)化選擇了超薄-超低非線性響應(yīng)材料作為薄膜沉積的基底，提高了測(cè)量信噪比，測(cè)得了HfO2、Al2O3和SiO2薄膜在343 nm及515 nm激光輻照下的雙光子和三光子吸收系數(shù)，這對(duì)超高峰值功率激光薄膜的設(shè)計(jì)和制備具有實(shí)際指導(dǎo)價(jià)值。
該研究獲得了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和中科院特別研究助理項(xiàng)目的支持。（薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室供稿）
圖1 (a)基底基本無非線性響應(yīng)，無需考慮其影響；(b)基底有非線性響應(yīng)，可通過1+(Tf+s-Ts)提取出薄膜非線性吸收信號(hào)。
圖2 Al2O3薄膜在不同波長輻照時(shí)的歸一化透過率及其擬合曲線(a)λ=343 nm；(b)λ=515 nm.
表1 HfO2、Al2O3和SiO2薄膜及其體材料的雙光子及三光子吸收系數(shù)測(cè)試結(jié)果
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