【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光元件技術(shù)與工程部團(tuán)隊(duì)在深亞波長(zhǎng)長(zhǎng)波紅外吸收與熱輻射調(diào)控研究方面取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)提出并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了一種基于超高折射率材料的無(wú)光刻Cr/a-GST/Bi平面金屬-介質(zhì)-金屬(MIM)吸收器，在總厚度僅550 nm的條件下實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)波紅外(LWIR，8-14 μm)大氣窗口內(nèi)的寬帶高效吸收，并具有大角度、偏振不敏感等特性。研究成果以“Deep-subwavelength long-wavelength infrared absorber enabled by giant-refractive-index materials for thermal bolometer and camouflage”為題發(fā)表于Optics Express。
 

　　長(zhǎng)波紅外波段與室溫物體的主要熱輻射波段高度重合，在紅外熱成像、紅外傳感和熱偽裝等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。實(shí)際應(yīng)用要求吸收器兼具高吸收率、寬帶響應(yīng)、角度與偏振穩(wěn)定性、超薄厚度和規(guī)?；苽淠芰?。傳統(tǒng)長(zhǎng)波紅外超構(gòu)吸收器多依賴光刻制備的橫向微納諧振結(jié)構(gòu)，存在制備復(fù)雜、成本較高和大面積制造困難等問(wèn)題，同時(shí)其吸收性能容易受到入射角和偏振狀態(tài)影響。因此，發(fā)展無(wú)需復(fù)雜圖形化加工、同時(shí)兼顧超薄、寬帶和魯棒光學(xué)響應(yīng)的長(zhǎng)波紅外吸收器仍面臨挑戰(zhàn)。
 

　　針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)從材料本征光學(xué)性質(zhì)與平面光學(xué)腔協(xié)同設(shè)計(jì)出發(fā)，引入超高折射率鉍(Bi)和高折射率、低損耗非晶態(tài)Ge2Sb2Te5(a-GST)材料。在長(zhǎng)波紅外波段，Bi折射率實(shí)部接近10，a-GST折射率約為3.7。研究人員將40 nm Bi、410 nm a-GST和100 nm Cr組成平面MIM光學(xué)腔，無(wú)需橫向微納圖形和光刻加工。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，器件在9.6 μm處的峰值吸收率達(dá)到97.0%，吸收峰半高全寬約為5.6 μm。分層吸收分析進(jìn)一步表明，9.6 μm處超過(guò)85%的入射光能量集中耗散于40 nm厚Bi層，而相同厚度獨(dú)立Bi薄膜吸收率僅約27%，表明高效吸收來(lái)自巨折射率Bi與MIM光學(xué)腔的協(xié)同作用。器件在入射角增大至70°時(shí)仍保持穩(wěn)定強(qiáng)吸收；在60°斜入射下，TE至TM偏振變化引起的9.6 μm吸收率變化僅約5%，表現(xiàn)出良好的角度和偏振魯棒性。
 

　　基于超薄、高吸收和Bi主導(dǎo)的能量耗散特性，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探索了器件在非制冷紅外微測(cè)輻射熱計(jì)和熱偽裝中的應(yīng)用潛力。Bi薄膜的電阻溫度系數(shù)(TCR)約為-0.30% K?¹；有限元熱模擬顯示，當(dāng)Bi層溫升為10 K時(shí)，底部Cr層溫升僅約0.2 K，說(shuō)明a-GST間隔層能夠有效抑制熱量向襯底擴(kuò)散。另一方面，器件在8-13 μm波段的平均發(fā)射率約為0.77，在9.6 μm附近的峰值發(fā)射率超過(guò)0.99。長(zhǎng)波紅外成像實(shí)驗(yàn)顯示，樣品置于人體手部等高熱輻射背景時(shí)與周?chē)つw呈現(xiàn)較弱紅外熱對(duì)比，驗(yàn)證了其被動(dòng)熱偽裝能力。該研究為低成本、大面積非制冷紅外探測(cè)和多功能熱輻射調(diào)控器件提供了新的材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路。
 

　　相關(guān)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金和中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程等項(xiàng)目的支持。
 

　　引用：上海光機(jī)所在深亞波長(zhǎng)長(zhǎng)波紅外吸收/輻射調(diào)控研究方面取得進(jìn)展 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所 【引用時(shí)間：2026年9月24日】