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反射镜。这些反射镜是许多应用的关键技术，例如温室气体的光谱学或用于切割和焊接的工业激光器。研究结果最近发布在《自然通讯》上。
在高性能反射镜领域，每个人都在追逐不可能的目标：具有完美反射率的镀膜。在可见光波长范围内，先进的金属反射镜可实现高达 99% 的反射率，这意味着每 99 个反射光子就会损失一个光子。这可能看起来很多，但在近红外范围内，专用镜面镀膜已经实现了99.9997%的反射率。这意味着在100万个反射光子中，只有三个丢失。
长期以来，人们一直希望将这种超级反射镜技术扩展到中红外线。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都可以得到改进，例如切割激光器和激光手术刀。然而，到目前为止，最好的中红外反射镜会损失10000个光子中的一个，大约是近红外超级反射镜的33倍。
在最近发布的研究中，一个国际科学家团队现在已经创造了第一个中红外超级反射镜。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和工业合作伙伴Thorlabs Crystalline Solutions的领导下，研究人员能够制造出仅损失1万个光子中的99个的镜子。这意味着这些超级反射镜的反射率达到 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、反射镜设计和制造过程。
开发新的涂装工艺
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CDL Mid-IR负责人Oliver H. Heckl表示：“这一突破显示了创新基础研究与以需求为导向的产品开发之间成功合作的巨大潜力。
Thorlabs Crystalline Solutions 的技术经理 Garrett Cole 解释说：“这项工作建立在我们在基材转移晶体涂层方面的开创性工作之上。
然而，制造业只是挑战的一部分。科学家们还必须精确测量镜子，以证明它们的性能毋庸置疑。这是两位第一作者的主要任务，来自TCS的Gar-Wing Truong和来自维也纳大学的Lukas Perner，他们说：“作为这种新型涂层的共同发明者，令人兴奋的是，让这些镜子通过他们的步伐，从而确认其出色的性能。
这些新型超级反射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，该团队请来了美国国家标准与技术研究院的专家。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，包括测量对核法医学和碳测年很重要的放射性同位素。
