研究人员制造出第一块中红外范围的超级镜子
来自奥地利、美国和瑞士的国际研究团队创造了第一个中红外范围的超级镜子。这些镜子是许多应用的关键技术，例如温室气体的光谱或用于切割和焊接的工业激光器。该成果最近发表在《自然通讯》杂志上。
在高性能镜子领域，每个人都在追逐不可能的事情：具有完美反射率的涂层。在可见光波长范围(波长在380nm至700nm之间)，先进的金属镜可实现高达99%的反射率，这意味着每99个反射光子就会损失一个光子。这看起来似乎很多，但在近红外范围(约780nm至2.5μm之间)，专门的镜面涂层已经实现了99.9997%的反射率。这意味着在100万个反射光子中，只有3个丢失。
长期以来，人们一直希望将这种超级镜技术扩展到中红外(波长从2.5µm到10µm甚至更远)。这将使许多领域取得重大进展，例如，在测量与气候变化相关的痕量气体时，以及在分析生物燃料时。此外，许多工业和医疗应用也可以得到改进，例如激光切割和激光手术刀。然而，到目前为止，最好的中红外镜会损失万分之一的光子，比近红外超级镜差约33倍。
在最近发表的研究中，一个国际科学家团队现已创建了第一个中红外超级镜面。在维也纳大学克里斯蒂安多普勒中红外光谱和半导体光学实验室(CDLMid-IR)和工业合作伙伴ThorlabsCrystallineSolutions(加利福尼亚州圣巴巴拉)的领导下，研究人员能够制造出仅损失一百万个光子中的八个。这意味着这些超级镜的反射率达到了99.99923%。为了实现这一记录，研究人员必须精确分析和控制材料、镜子设计和制造过程。
首先，研究人员必须开发一种新的涂层工艺。他们将传统的薄膜涂层技术与新型半导体材料和方法相结合。这使得克服困难的中红外区域的材料限制成为可能。维也纳大学CDLMid-IR负责人OliverH.Heckl表示：“这一突破显示了创新基础研究和以需求为导向的产品开发之间成功合作的巨大潜力。”
ThorlabsCrystallineSolutions(TCS)的技术经理GarrettCole解释说：“这项工作建立在我们在基材转移结晶涂层方面的开创性工作的基础上。”
然而，制造只是挑战的一部分。科学家们还必须精确测量镜子，以毫无疑问地证明它们的性能。这是两位第一作者(TCS的Gar-WingTruong和维也纳大学的LukasPerner)的主要任务，他们说：“作为这种新颖涂层形式的共同发明者，将这些镜子通过他们的步伐，从而证实了他们的出色表现。”
这些新型超级镜的直接应用是显着提高中红外气体分析光学设备的灵敏度。这些设备可以检测并准确量化微量的重要环境标志物，例如一氧化碳。
为了证明这些可能性，该团队聘请了美国国家标准与技术研究所(NIST)的专家。他们证实了超灵敏光谱在中红外光谱范围内的决定性优势，包括对核法证学和碳测年非常重要的放射性同位素的测量。