超强激光科学卓越创新简报

(第二百五十一期)

2022年2月8日

上海光机所在宽带隙氧化物薄膜非线性吸收系数测量研究方面取得进展

　　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宽带隙氧化物薄膜非线性吸收系数测量研究方面取得进展。研究团队通过抑制薄膜基底的非线性响应，提高测量信噪比，获得了HfO2、Al2O3和SiO2等常用薄膜材料的非线性吸收系数。相关成果发表在Optical Materials Express（《光学材料快讯》）上。

　　HfO2、Al2O3和SiO2等薄膜材料是高功率激光系统中的常用材料，由于其光学带隙很宽，在现今运行的超强超短激光中可以忽略其非线性光学响应。随着国内100 PW激光装置的建设，以及峰值功率向EW量级发展，薄膜材料极其微弱的非线性光学响应也将影响激光输出性能。准确测量薄膜材料的非线性光学常数，是有针对性设计超高峰值功率光学薄膜元件的基础。

　　研究团队提出了一种高灵敏度测试此类薄膜非线性吸收的方法。通过分析基底材料类型和厚度对薄膜测试的影响，优化选择了超薄-超低非线性响应材料作为薄膜沉积的基底，提高了测量信噪比，测得了HfO2、Al2O3和SiO2薄膜在343 nm及515 nm激光辐照下的双光子和三光子吸收系数，这对超高峰值功率激光薄膜的设计和制备具有实际指导价值。

　　该研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项和中科院特别研究助理项目的支持。（薄膜光学实验室供稿）

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图1 (a)基底基本无非线性响应，无需考虑其影响；(b)基底有非线性响应，可通过1+(Tf+s-Ts)提取出薄膜非线性吸收信号。

图2 Al2O3薄膜在不同波长辐照时的归一化透过率及其拟合曲线(a)λ=343 nm；(b)λ=515 nm.

表1 HfO2、Al2O3和SiO2薄膜及其体材料的双光子及三光子吸收系数测试结果