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超低損耗激光薄膜基礎理論與關鍵技術研究超低損耗激光薄膜是激光陀螺器件和引力波探測科學裝置中的核心技術，代表了國家高精度光學薄膜技術的水平。激光陀螺是激光捷聯慣導的核心器件，而超低損耗薄膜反射鏡則是激光陀螺中的核心元件，其性能直接影響到激光陀螺輸出的穩定性和精度。國外對國內進行了技術封鎖和產品禁運，只能通過自主創新、獨立研發激光陀螺的超低損耗薄膜核心元件。

技術原理、技術要點

本項目針對超低損耗激光薄膜的極限光學性能問題，深入挖掘散射損耗和吸收損耗的物理根源，探尋關鍵的透射損耗新機制，創新性開展了亞微米量級缺陷表面散射與界面散射的控制技術、基於薄膜設計與能帶調控的吸收損耗控制技術、超低損耗激光薄膜應力雙折射控制技術、低壓氣體放電等離子環境薄膜損傷機制與控制技術等方面研究。在系統研究散射、吸收和透射損耗的基礎上，建立了從薄膜設計、基板加工、基板清洗、離子束薄膜製備技術，後處理和損耗檢測等一整套的閉環工藝流程，成功研製出總損耗小於1ppm（散射損耗0.3ppm，吸收損耗0.44ppm，透射損耗0.2ppm）超低損耗激光薄膜反射鏡，並用於激光陀螺系統，激光陀螺精度達到0.0008°/h。

1）在薄膜散射損耗方面

提出了薄膜表面散射、界面散射和體散射分離的新方法。開展了表面散射基礎理論、基於四邊形諧振腔的散射測試技術、超光滑基板加工技術、化學清洗技術等研究，加工的超光滑基片表面粗糙度達到0.3nm以下，通過表面亞微米量級污染缺陷的控制有效去除0.5μm以上的基板節瘤缺陷種子源，去除基板鍍膜後的表面層，在去除表面有機污染物和污染顆粒的同時，實現表面無損傷的清洗處理，顯著降低了表面散射。

2）在薄膜吸收損耗方面

提出了薄膜界面吸收和體吸收分離的新方法，發現界面吸收最大，Ta2O5薄膜體吸收次之，SiO2薄膜的體吸收可以忽略不計。開展了基於金屬Ta靶和Ta2O5靶的Ta2O5薄膜製備技術研究，研究了基於金屬Ta靶的Si元素摻雜實驗，有效地降低了界面吸收和Ta2O5薄膜的體吸收。

3）在薄膜透射損耗方面

明確了薄膜製備誤差、薄膜非均質性和應力雙折射是影響透射損耗的三方面主要因素。開展了薄膜折射率和物理厚度高精度測試、擬合和製備等研究，減小了薄膜製備誤差。

從2013年至今，本項目的超低損耗激光薄膜技術應用於激光陀螺器件的研製中，研究成果提供了總損耗低於6ppm的超低損耗激光薄膜元件，解決了高精度激光陀螺的總損耗和穩定性瓶頸問題，滿足了我國新激光捷聯慣導系統的發展需求，為我國高精度的激光測量技術發展奠定了堅實的基礎，三年來創造經濟產值1.28億元，具有顯著的科學價值和社會效益。