據麥姆斯咨詢報道，由維也納大學、美國國家標準與技術協會（NIST）、Thorlabs以及堪薩斯大學共同參與的研究項目，開發出一種新型光學超級反射鏡的制造方法，這將促進多種光子學應用的發展。

超級反射鏡是一種具備超高反射率且超低光學損耗的反射鏡組件，其性能通常通過特殊的表面涂層或處理來實現。

Thorlabs現有的晶體超級反射鏡系列，據說在近紅外波段的反射率超過99.99%，主要使用分子束外延制造而成，專為光學原子鐘等應用而設計。

這種反射鏡技術在提高觀測引力波的激光干涉引力波天文臺（LIGO）的靈敏度方面也發揮了關鍵作用。

近日，維也納大學領導的研究團隊正在著手開發一種新型制造方法，使高效的超級反射鏡適用于中紅外波段成為可能，為此類組件在傳感和生物光子學領域的應用開辟了道路，而在這些領域，拓寬波長范圍至關重要。該研究成果以“Mid-infrared interference coatings with excess optical loss below 10??ppm”為題發表于Optica，論文鏈接為：https://doi.org/10.1364/OPTICA.405938。

“低損耗反射鏡是諸多不同研究領域的關鍵技術。”維也納基督教多普勒實驗室中紅外光譜和半導體光學負責人Oliver Heck表示，“該技術是癌癥診斷和引力波探測等多種研究領域的紐帶。”

在Thorlabs現有組件中采用的外延層轉移工藝已成為一種公認技術，用于在基底晶圓上創建單晶異質結構以便隨后轉移到曲面襯底上。

然而，該研究項目在其發表的論文中指出，在實踐中“將單晶涂層的性能進一步擴展到紅外光譜并非易事”。雖然原型研究的中紅外反射鏡已經通過這種方法制造出來，并有助于大氣化學動力學的研究，但其光學損耗卻受到“20到30微米過厚多層外延層中結構缺陷引起的過度散射”的不利影響。

氣體分析達到了前所未有的準確性

為了尋求一種替代方法，該研究項目開發了一種全新的光學涂層技術，這是首次嘗試為4微米左右波長制造的晶體高反射率涂層。

解決方案主要為：減少單一外延步驟中制造的表面結構的厚度，取而代之使用堆疊光學涂層，以高純度GaAs/AlGaAs干涉涂層創建兩個“半反射鏡”結構，然后將它們鍵合在彎曲的硅光襯底上。

原型反射鏡結構圖

減薄單次沉積過程中產生的材料厚度，可改善該層的光學質量，進而減少由于低表面和界面粗糙度造成的散射損耗。當將兩個高質量半結構鍵合到一起時，最終的超級反射鏡的性能就得到了適當的提升。

在試驗中，以這種方法制造的超級反射鏡展示了“創紀錄的超低光學損耗”：當波長為4.54微米時，損耗率低于百萬分之十；據該研究項目報道，這是“迄今為止適應波長最長的超級反射鏡”。

通過對新組件的仔細研究，揭示了之前未知的偏振相關吸收效應，這本身能夠提供一種進一步改善超級反射鏡并優化光譜范圍和反射率的途徑。

該研究最終目標之一是擴大反射鏡的光譜范圍，使其能夠有效地與光頻率梳共同使用，光頻率梳通常用于傳感應用中的化學指紋特征的檢測。

“這將促使特別復雜的氣體混合物分析具備前所未有的準確性。”該研究項目團隊評論道。

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