光學(xué)薄膜技術(shù)是一種以光的干涉為基本原理，通過復(fù)雜多層膜的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)光學(xué)能量傳遞、偏振和位相調(diào)制、精細(xì)分光與光信息獲取等目標(biāo)的應(yīng)用學(xué)科。光學(xué)薄膜廣泛應(yīng)用于空間遙感、天文觀測、信息安全、集成電路等領(lǐng)域，同時(shí)在人們衣食住行、醫(yī)療健康等方面也發(fā)揮著不可或缺的作用。

上海市光學(xué)薄膜與光譜調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是2023年度立項(xiàng)籌建的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一，依托中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所，由段微波研究員擔(dān)任主任。實(shí)驗(yàn)室瞄準(zhǔn)多模態(tài)光場調(diào)控機(jī)理、高魯棒性的超精細(xì)探測、光場計(jì)算等光學(xué)薄膜與光譜調(diào)控領(lǐng)域發(fā)展前沿，開展多模態(tài)光場調(diào)控、超寬光譜能量與光譜調(diào)控、精細(xì)光譜調(diào)控、極端環(huán)境與高功率紅外薄膜、光譜調(diào)控技術(shù)的系統(tǒng)集成開發(fā)與應(yīng)用研究，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)光學(xué)薄膜與光譜調(diào)控的基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)用的一體化布局和發(fā)展。

實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有固定科研人員48人，研究生和博士后等流動(dòng)人員16人。近五年實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)了多項(xiàng)國家重大航天工程項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家重大科技專項(xiàng)、國際合作項(xiàng)目、上海市重大科技攻關(guān)項(xiàng)目以及大型企業(yè)委托項(xiàng)目等，獲國家級、省部級和其他各類獎(jiǎng)勵(lì)12項(xiàng)。

?光學(xué)薄膜是航天遙感和光電探測技術(shù)發(fā)展的重要支撐

在航天遙感和光電探測領(lǐng)域中，光學(xué)儀器的工作譜段已從可見光向長波紅外和紫外波段拓展，光譜通道的配置也由多光譜向高光譜方向持續(xù)演進(jìn)。精細(xì)光譜探測在物質(zhì)識別、分析和研究方面，以及氣象、海洋、陸地探測、深空探測和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，具有重要意義和廣闊的應(yīng)用前景。紅外與光電探測技術(shù)的發(fā)展，尤其是空間遙感高光譜儀器的應(yīng)用需求，使得對光譜調(diào)控技術(shù)的要求不斷提高。主要體現(xiàn)在：實(shí)現(xiàn)分光元件的小型化、輕量化、高集成度；提高光譜的精細(xì)化程度；減小光譜在空間分布上的彎曲和混色；提高光譜分離的效率；提高光譜的定量化水平等。

中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所從1964年開始設(shè)立光學(xué)薄膜實(shí)驗(yàn)室，致力于光學(xué)薄膜與材料領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究、技術(shù)攻關(guān)到工程應(yīng)用。1970年發(fā)射的東方紅一號衛(wèi)星上，就應(yīng)用了實(shí)驗(yàn)室研制的濾光片和光學(xué)窗口，這是我國光學(xué)薄膜在空間遙感領(lǐng)域的最早應(yīng)用。截至20世紀(jì)80年代末期，實(shí)驗(yàn)室成功研制出覆蓋2.15~2.25μm、8.4~8.9μm、10.5~11.5μm和11.5~12.5 μm等多個(gè)紅外波段的帶通濾光片，為第一代極地軌道氣象衛(wèi)星的目標(biāo)光譜獲取提供了重要技術(shù)手段。實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了全種類紅外光學(xué)薄膜元件的國內(nèi)首次航天應(yīng)用，推動(dòng)了我國航天用光學(xué)薄膜的從無到有，從有到強(qiáng)，再到總體先進(jìn)、局部領(lǐng)先。

應(yīng)用于空間遙感系統(tǒng)的紅外光學(xué)薄膜

攻克系列關(guān)鍵技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)光學(xué)薄膜空間應(yīng)用

中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所從20世紀(jì)60年代開始從事光學(xué)薄膜和光譜調(diào)控研究工作，研究內(nèi)容涵蓋薄膜光學(xué)、薄膜技術(shù)、半導(dǎo)體材料、微納光學(xué)、光信息技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域，具有從近紫外到長波紅外波段光學(xué)薄膜元件的設(shè)計(jì)和研發(fā)能力，特別在長波紅外材料、窄帶濾光片等研究領(lǐng)域已經(jīng)具有顯著國際影響。

近年來，在多模態(tài)與微腔光場調(diào)控機(jī)理、集成光子探測芯片等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，取得系列成果。提出超界面光場調(diào)控理論，通過多模態(tài)光子聯(lián)合調(diào)控，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效的光譜分光和偏振分光，突破光學(xué)衍射效應(yīng)，解決像元尺寸下光串?dāng)_的原理性難題，相關(guān)工作發(fā)表于《ACS光子學(xué)》（ACS Photonics）；提出耦合誘導(dǎo)透射理論和光學(xué)Tamm態(tài)的精準(zhǔn)表達(dá)式，利用該理論設(shè)計(jì)并制備基于雙Tamm耦合的超寬截止窄帶濾光片，相關(guān)工作發(fā)表于《納米研究》（Nano Research）；研究腔光子與二維電子氣的腔耦合作用，國際首次提出并實(shí)現(xiàn)了基于薄膜光學(xué)微腔的中紅外激射，相關(guān)工作發(fā)表于材料類期刊《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）。

多模態(tài)光場調(diào)控機(jī)理

在光學(xué)薄膜精細(xì)光譜調(diào)控技術(shù)方面，研究團(tuán)隊(duì)對面向空間遙感應(yīng)用的精細(xì)分光元件進(jìn)行了系統(tǒng)深入研究。利用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的碲化鉛（PbTe），碲鍺鉛（PbGeTe）以及稀土氟化物等光學(xué)薄膜材料，引領(lǐng)了國內(nèi)甚長波紅外光學(xué)濾光片的研制；研制出的中長波紅外高矩形度、高光譜定位精度、高光學(xué)效率、低帶外響應(yīng)、超低表面缺陷密度濾光片滿足了風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)要求；中波紅外雙色薄膜元件，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)首次航天應(yīng)用；為星載激光雷達(dá)研制的超窄帶濾光片，其光譜帶寬僅為0.18nm，創(chuàng)下了目前國內(nèi)報(bào)道的最窄帶寬記錄。

在寬光譜紅外分色與分束技術(shù)方面，成功解決了分束器長波端薄膜材料吸收大、膜層應(yīng)力導(dǎo)致面形難以控制等一系列關(guān)鍵技術(shù)難題，為我國成為目前全球首個(gè)同時(shí)具備高、低軌干涉式高光譜探測能力的國家提供了關(guān)鍵元部件支持。

在光的偏振態(tài)和位相操控研究方面，研究團(tuán)隊(duì)面向全球首顆量子科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”所搭載的兩臺(tái)核心光機(jī)載荷——量子密鑰通信機(jī)和糾纏發(fā)射機(jī)，成功實(shí)現(xiàn)了光譜特性、偏振靈敏度和位相信息的三維一體調(diào)控，攻克了空間量子通信系統(tǒng)中偏振編碼光子偏振態(tài)高效保持的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。

聚焦光學(xué)薄膜領(lǐng)域國家需求，服務(wù)上海國際科創(chuàng)中心建設(shè)

空間遙感、集成電路和信息安全等國家戰(zhàn)略需求，亟需光學(xué)薄膜與光譜調(diào)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)多維度突破和跨越式發(fā)展。

上海市“十四五”規(guī)劃提出打造“3+6”產(chǎn)業(yè)體系，其中集成電路位于三大先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之首。目前，應(yīng)用于激光等離子體極紫外光刻光源、激光退火設(shè)備的高功率紅外光學(xué)薄膜元部件與國外頂尖水平尚存在明顯差距，這制約著我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展與升級。隨著激光系統(tǒng)輸出的功率密度、能量密度不斷提高，需要光學(xué)薄膜對激光功率密度、能量密度有更高的承受能力，因此對光學(xué)薄膜的綜合性能提出了更為復(fù)雜的要求。實(shí)驗(yàn)室將圍繞高功率紅外偏振調(diào)控類光學(xué)薄膜元件在集成電路關(guān)鍵設(shè)備中的應(yīng)用需求，開展高功率紅外光學(xué)鏡片關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，盡快突破高功率紅外光學(xué)鏡片及紅外光學(xué)膜層制備等關(guān)鍵技術(shù)問題。

實(shí)驗(yàn)室基于光學(xué)薄膜和光譜調(diào)控領(lǐng)域發(fā)展面臨的寬光譜分光、精細(xì)光譜調(diào)控和極端環(huán)境與高功率等技術(shù)難題，提出紅外層間激子振蕩增強(qiáng)理論、高魯棒性可控響應(yīng)度調(diào)制方法和集成化紅外高光譜重構(gòu)算法等科學(xué)問題。擬通過多模態(tài)光場調(diào)控基礎(chǔ)研究，推動(dòng)極端環(huán)境下高光譜精細(xì)分光等關(guān)鍵技術(shù)突破，滿足光譜調(diào)控技術(shù)系統(tǒng)集成應(yīng)用要求，形成國家使命驅(qū)動(dòng)下的深度融合系統(tǒng)創(chuàng)新鏈。

上海市光學(xué)薄膜與光譜調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室薄膜樓

上海市光學(xué)薄膜與光譜調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室將進(jìn)一步強(qiáng)化基礎(chǔ)研究、加快關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，為國家戰(zhàn)略需求和科技強(qiáng)國建設(shè)提供關(guān)鍵核心技術(shù)支持，為上海國際科創(chuàng)中心建設(shè)提供核心部件解決方案，實(shí)現(xiàn)自主可控，為加快搶占光學(xué)薄膜與光譜調(diào)控領(lǐng)域科技制高點(diǎn)不懈努力。