精密測量物理關鍵單元技術攻關研究

《精密測量物理關鍵單元技術攻關研究》是依託同濟大學，由王占山擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：精密測量物理關鍵單元技術攻關研究
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：王占山
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

超高精度雷射系統是精密測量領域的重要組成部分，是解決國家基礎科學、套用和國防領域精密測量重大需求的基礎。超低損耗、低熱噪聲雷射薄膜是雷射測量系統的核心元件，如何從光學損耗、布朗噪聲和熱光噪聲三方面控制雷射薄膜性能是當前精密測量和薄膜光學領域的熱點和難點。當前我國在這方面研究極少，國際上雖然提出了元素摻雜薄膜製備的新思路，但研究的系統性和深度還不夠，阻礙了雷射測量系統性能的進一步提高。因此研究超低損耗、低熱噪聲雷射薄膜的基礎理論和關鍵技術具有重要的科學意義和套用價值。本項目以控制薄膜光學損耗、熱噪聲為研究目標，以元素摻雜薄膜製備技術為基礎，深入挖掘元素摻雜影響薄膜布朗噪聲的物理機制，探尋元素摻雜薄膜的光學損耗及熱光噪聲的控制技術，進而最佳化完善薄膜設計、離子束濺射、後處理、薄膜特性檢測等關鍵技術，推動我國超低損耗、低熱噪聲雷射薄膜的發展，為精密測量領域的發展提供關鍵技術支撐。

結題摘要

超高精度雷射系統是精密測量領域的重要組成部分，是解決國家基礎科學、套用和國防領域精密測量重大需求的基礎。超低損耗、低熱噪聲雷射薄膜是雷射測量系統的核心元件，如何從光學損耗、布朗噪聲和熱光噪聲三方面控制雷射薄膜性能是當前精密測量和薄膜光學領域的熱點和難點。因此研究超低損耗、低 熱噪聲雷射薄膜的基礎理論和關鍵技術具有重要的科學意義和套用價值。本項目基於元素摻雜薄膜製備技術，利用多種實驗手段對其薄膜損耗、熱噪聲進行了表征，同時結合理論研究，在元素摻雜薄膜材料、薄膜散射/吸收損耗控制、薄膜熱噪聲調控方面取得了一系列國際先進的研究成果，主要包括： 1.突破超光滑元素摻雜薄膜製備技術，最佳化薄膜退火技術，獲得了散射~5ppm、吸收~2ppm、反射率達到99.999%的低損耗薄膜。 2.首次提出新型的反射薄膜結構，利用Fabry-Perot腔結構改變薄膜界面電場相位特性，使薄膜總散射降低2-3倍。 3.建立了節瘤缺陷誘導散射的理論模型，利用人工缺陷實驗驗證了缺陷是影響薄膜散射的重要因素，開發缺陷平坦化技術有效抑制了缺陷對薄膜散射的影響。 4.通過共蒸發技術製備不同元素摻雜HfxSi1-xO2混合薄膜，最佳化退火技術獲得了粗糙度小、吸收小的混合薄膜，並對其機械損耗進行了研究，表明合適摻雜比例能有效降低薄膜機械損耗。 5.實現了不同元素摻雜薄膜熱噪聲的理論模擬，為薄膜熱噪聲物理機制的研究奠定了基礎。項目組首次提出在薄膜熱光噪聲匹配的情況下，對薄膜布朗噪聲進行最佳化設計，獲得了同時滿足熱光噪聲匹配、布朗噪聲低的膜繫結構。 研究工作發表Optics Letters(3篇)、Optics Express（1篇）、Applied Optics（2篇）等SCI和EI檢索文章10篇。申請國家發明專利3項，其中一項已授權。其中關於薄膜散射的研究工作受邀在光學薄膜領域的國際學術會議Thin Films2018上做邀請報告。培養碩士研究生2名，博士研究生2名。