'''超低损耗激光薄膜基础理论与关键技术研究'''超低损耗激光薄膜是激光陀螺器件和引力波探测科学装置中的核心 [[ 技术 ]] ，代表了国家高精度光学薄膜技术的水平。激光陀螺是激光捷联惯导的核心器件，而超低损耗薄膜反射镜则是激光陀螺中的核心元件，其性能直接影响到激光陀螺输出的稳定性和精度。国外对国内进行了技术封锁和产品禁运，只能通过自主 [[ 创新 ]] 、独立研发激光陀螺<ref>[https://www.sohu.com/a/207656749_819742?t=1554781559309 国外激光陀螺的发展与应用]，搜狐，2017-11-30 </ref>的超低损耗薄膜核心元件。

本项目针对超低损耗激光薄膜的极限 [[ 光学 ]] 性能问题，深入挖掘散射损耗和吸收损耗的物理根源，探寻关键的透射损耗新机制，创新性开展了亚微米量级缺陷表面散射与界面散射的控制技术、基于薄膜设计与能带调控的吸收损耗控制技术、超低损耗激光薄膜应力双折射控制技术、低压 [[ 气体 ]] 放电等离子环境薄膜损伤机制与控制技术等方面研究。在系统研究散射、吸收和透射损耗的基础上，建立了从薄膜设计、基板加工、基板清洗、离子束薄膜制备技术，后处理和损耗检测等一整套的闭环工艺流程，成功研制出总损耗小于1ppm（散射损耗0.3ppm，吸收损耗0.44ppm，透射损耗0.2ppm）超低损耗激光薄膜反射镜，并用于激光陀螺系统，激光陀螺精度达到0.0008°/h。

===1）在薄膜散射损耗方面 ：===

提出了薄膜表面散射、界面散射和体散射分离的新方法。开展了表面散射基础 [[ 理论 ]] 、基于四边形谐振腔的散射测试技术、超光滑基板加工技术、化学清洗技术等研究，加工的超光滑基片表面粗糙度达到0.3nm以下，通过表面亚微米量级污染缺陷的控制有效去除0.5μm以上的基板节瘤缺陷种子源，去除基板镀膜后的表面层，在去除表面有机污染物<ref>[http://news.sohu.com/a/522668100_121146399 持久性有机污染物分类及判断]，搜狐，2022-02-14</ref>和污染颗粒的同时，实现表面无损伤的清洗处理，显著降低了表面散射。

===2）在薄膜吸收损耗方面 ：===

提出了薄膜界面吸收和体吸收分离的新方法，发现 [[ 界面 ]] 吸收最大，Ta2O5薄膜体吸收次之，SiO2薄膜的体吸收可以忽略不计。开展了基于金属Ta靶和Ta2O5靶的Ta2O5薄膜制备技术研究，研究了基于金属Ta靶的Si元素掺杂实验，有效地降低了界面吸收和Ta2O5薄膜的体吸收。

===3）在薄膜透射损耗方面 ：===

明确了薄膜制备误差、薄膜非均质性和应力双折射是影响透射损耗的三方面主要因素。开展了薄膜折射率和物理厚度高精度测试、拟合和制备等 [[ 研究 ]] ，减小了薄膜制备误差。

从2013年至今，本项目的超低损耗激光薄膜技术应用于 [[ 激光 ]] 陀螺器件的研制中，研究成果提供了总损耗低于6ppm的超低损耗激光薄膜元件，解决了高精度激光陀螺的总损耗和稳定性瓶颈问题，满足了我国新激光捷联惯导系统的发展需求，为我国高精度的激光测量技术发展奠定了坚实的基础，三年来创造经济产值1.28亿元，具有显著的科学价值和社会效益。