让光“不知不觉”穿越界面：国科大杭高院与浙大团队创新制备高性能宽带广角抗反射薄膜
在光学成像、太阳能利用和显示技术等领域，减少光在界面处的反射损耗是一个永恒的核心挑战。传统的多层抗反射膜往往设计复杂、带宽有限且在大角度入射时性能急剧下降。近日，中国科学院大学杭州高等研究院与浙江大学联合研究团队在《Laser & Photonics Reviews》上发表研究成果，报道了一种采用磁控共溅射结合湿法刻蚀的新策略，成功制备了具有梯度折射率分布的高性能宽带广角抗反射薄膜。该项工作为实现高效光管理提供了新颖且可扩展的解决方案。
一、 技术瓶颈：传统抗反射膜的结构之困
抗反射膜的原理是利用 destructive interference 来抵消反射光。传统方案主要分为两类：
单层λ/4膜：仅能在特定波长和垂直入射时达到最佳效果，适用性窄。
多层介质膜堆：可通过设计在宽波段实现低反射，但其折射率在层与层之间呈阶跃式变化。这种突变界面会导致以下几个问题：
带宽限制：难以在极宽光谱范围内（如可见-近红外）实现近乎零反射。
角度敏感性：入射光角度增大时，反射率急剧升高，严重影响离轴成像和收集效率。
应力与附着力：不同材料界面间的热应力和晶格失配易导致薄膜开裂或剥落。
二、 创新之道：仿生梯度结构与可控制备
研究团队受飞蛾眼等生物结构的启发，致力于制备具有连续渐变折射率剖面的薄膜。这种结构允许光波阻抗的平缓过渡，使光“不知不觉”地穿过界面，从而在超宽波段和超大入射角范围内实现近乎零反射。
团队突破常规，开发了一条新颖的“先沉积，后刻蚀”的制备路线，其核心工艺流程与结构演变如下图所示：
该技术路线的两大核心步骤是：
磁控共溅射（Magnetron Co-sputtering）：
团队同时使用SiO₂和Al₂O₃作为靶材，通过精确控制各自的溅射功率，在基片上沉积出化学组分（Si/Al比）均匀可调的SiAlOₓ混合薄膜。
此方法的关键优势在于组分在纳米尺度上的高度均匀性，为后续形成均匀的梯度结构奠定了基础。
湿法刻蚀（Wet Etching）：
利用Al₂O₃与SiO₂在特定蚀刻剂中选择性溶解的差异，将沉积好的SiAlOₓ薄膜进行湿法刻蚀处理。
蚀刻剂优先溶解富Al区域，而富Si区域得以保留。通过精确控制蚀刻时间和浓度，过程从表面至内部渐进发生，最终成功在薄膜内部构造出一个从表层（接近空气折射率）到底层（接近基底折射率）的连续渐变折射率分布结构。
三、 性能卓越：宽带、广角、低反射
性能测试结果表明，该方法制备的梯度折射率抗反射膜表现出色：
超宽波段：在400-1500 nm的超宽光谱范围内，平均反射率被抑制至<1.5%，远超传统λ/4膜。
超广角度：即使在60°的大角度入射下，薄膜仍能保持极低的反射率，解决了传统膜系角度敏感的核心痛点。
优异机械强度：由于薄膜本身是经过烧结处理的无机氧化物，其硬度、耐磨性和附着力均优于许多有机或气凝胶基的减反结构。
四、 结论与展望
国科大杭高院与浙大团队的这项工作，通过磁控共溅射与湿法刻蚀的巧妙结合，成功地将仿生梯度折射率结构从概念转变为可精确制备的现实。这种制备策略不仅设计新颖，而且易于扩展、与现有光学器件制造工艺兼容性好。
该项技术有望为众多领域带来性能提升：
光伏产业：提升太阳能电池对晨昏、阴天等大角度入射光的捕获效率，增加日均发电量。
高端光学成像：用于相机、显微镜、无人机镜头等复杂光学系统，消除杂散光，提升成像对比度和清晰度。
柔性显示与触控面板：降低表面反射，显著增强在强光环境下的可视性。
这项工作为高性能减反射光学涂层的发展开辟了一条新的技术路径，展现了产学研结合在解决前沿科学问题与产业应用难题上的巨大潜力。
