跨尺度纳米结构功能光学器件的制造与应用研究

大型光学观测系统、各种精密光学探测系统、先进激光技术应用研究、特别是惯性约束聚变驱动器（ICF）研究中的一个热点研究问题，就是需要光学系统具有良好的光谱选择特性、角度选择特性和空间滤波特性。本课题主要开展跨尺度纳米结构功能光学器件的微纳加工技术研究及其性能表征研究，结合光热敏折射率玻璃的特性，主要研究跨尺度纳米结构功能光学器件的加工技术；研究纳米结构光学器件及其光谱选择特性和角度选择特性；采用激光直接刻模技术开展大尺寸光子晶体器件研究，研究光子晶体器件的负折射率效应特性和色散特性，为发展新型跨尺度纳米结构光学器件制备技术以及纳米结构器件的应用开展技术基础研究。该课题是结合材料科学和光学技术制备新型功能光学元件于一体的纳米加工制备新技术，不仅在纳米结构光学器件的微纳加工技术发展方面具有重要的意义，而且该课题的研究在发展先进激光科学技术、光学观测和现代通讯等高新技术领域具有重要的实用价值。

本课题主要开展跨尺度纳米结构功能光学器件的微纳加工技术研究及其应用性能表征研究，为了有效地开展课题研究，以Bragg体光栅为典型核心器件，开展了以光热敏折射率玻璃（PTR）为基底材料的跨尺度微纳米结构光学器件的制造技术研究和应用评估性能研究，在器件制备技术、器件本征性能评估和应用性能评估等方面均取得了良好进展。研究了Bragg器件制造与制备工艺的关系，解决了光热敏折射率玻璃的配方和制备问题，获得了均匀的PTR材料制备工艺，研制了光学级的PTR玻璃；解决了器件制备的曝光工艺和热处理工艺，解决了器件制备中NaF微晶化过程的均匀性控制问题，成功制备了各种微纳结构Bragg器件以及三维结构器件；制造的大尺寸Bragg器件具有高衍射效率、良好的角度选择性和光谱选择性以及高激光损伤阈值，器件已经初步实现产品化，并成功应用于先进激光技术研究中。在器件的应用表征研究方面，提出并实现了激光系统中的二维角选择近场滤波，激光近场调制度和对比度大大改善；实现了半导体激光输出光谱稳定与窄化，输出光谱在大温度范围内稳定无漂移。此外，实现了超短脉冲激光的展宽，开展了光束合成初步研究。该研究结果为今后开展更大尺寸的微纳结构光学器件研究以及器件在激光技术和光学探测技术方面的应用研究奠定了良好的基础。