新型氟硅烷嫁接的介孔氧化硅光學減反膜

在高功率激光系統(tǒng)中需要用到大量光學元件，當激光穿過這些元件時會在其表面產生光學損失，因此需要在元件的表面鍍制光學減反膜。傳統(tǒng)溶膠凝膠法制備的多孔氧化硅光學減反膜在高真空中使用時，極易吸附環(huán)境中的有機污染物，從而在使用一段時間之后光學性能下降甚至消失。中國科學院山西煤炭化學研究所的一個課題組制備了一種新型的具有較好環(huán)境穩(wěn)定性的光學減反膜。

該研究中采用正硅酸乙酯為硅源，在表面活性劑F127為結構導向劑下經(jīng)蒸發(fā)誘導自組裝過程制備了籠型有序介孔氧化硅薄膜，后采用長鏈氟硅烷氣相嫁接，使薄膜形成疏油表面和內部相對封閉的孔道結構，從而有效地阻擋污染物進入，提高薄膜的環(huán)境穩(wěn)定性。測試結果發(fā)現(xiàn)該薄膜具有規(guī)整有序的孔道排列，歸屬于體心立方結構。在石英玻璃基底上光學透射率高達99.98 %;在高真空含有二甲基硅油蒸汽的環(huán)境中污染一個月，透射率僅降低0.02 %;而且該減反膜在1053 nm激光1 ns下激光損傷閾值達28 J/cm2。因此有潛力作為一種新型的光學減反膜用于高功率激光系統(tǒng)中。

利用北京同步輻射裝置(BSRF)GISAXS實驗技術解析了有序介孔薄膜的結構以及改變制備工藝時薄膜的結構演變。在本體系中，當表面活性劑與硅源的摩爾比為0.005時，薄膜為體心立方結構，增大表面活性劑含量，薄膜的結構得到保持但有序性下降。

這個研究為解決高功率激光系統(tǒng)中光學減反膜的環(huán)境穩(wěn)定性問題提供了新思路。在同步輻射小角散射、衍射、漫散射裝置的幫助下，該研究組深入地解析了不同制備條件和方法下有序介孔薄膜的結構變化。中國科學院山西煤炭化學所徐耀研究員這樣描述他們的工作：“由于光學薄膜載體的影響，薄膜精細微結構表征手段較少，一直以來，使得我們對特殊使用環(huán)境下薄膜結構演變認識不夠深入。同步輻射裝置提供了無損、高效、信息豐富的測試方法，通過工藝調控便于對薄膜的結構進行精確控制。因此，高亮度、高準直的同步輻射光束線將有助于我們更快更準確地解析薄膜結構”。