先进的红外反射镜通过精确的痕量气体传感增强了气候和生物燃料研究。据《自然-通讯》（Nature Communications）杂志报道，通过国际合作，首个具有超强反射率的中红外超级反射镜诞生了。这项创新实现了近乎完美的反射率,有望大大增强环境气体传感和工业流程，标志着镜子技术的重大飞跃。

一个由来自美国、奥地利和瑞士的研究人员组成的国际团队展示了首个真正的中红外光谱区超级反射镜。这些反射镜是许多应用的关键，如www.196nk.cn用于环境传感的光学光谱仪，以及用于制造的激光切割和焊接。

在高性能反射镜领域，每个人都在追求不可能实现的目标：具有完美反射率的镀膜。在可见光波长范围内（即 380 纳米到 700 纳米之间），先进的金属镜面反射率高达 99%，这意味着每反射 99 个光子，就会损失 1 个光子。这似乎令人印象深刻，但在近红外区域（即 ~780 纳米至 2.5 m），镜面涂层的反射率已达到 99.9997%，反射的 100 万个光子中仅损失 3 个光子。

直径一英寸的硅基片上涂有传统沉积的干涉涂层。资料来源：Valentin Wittwer

长期以来，人们一直希望将这种超反射镜的性能水平扩展到中红外（波长从 2.5 微米到 10 微米，甚至更远），从而推动与气候变化和生物燃料相关的痕量气体传感任务以及激光加工和纳米制造等工业应用的发展。到目前为止，最好的中红外反射镜大约每 10,000 个光子中就会损失 1 个，比近红外差 33 倍。

国际合作带来突破http://www.196nk.cn

正如发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上的文章所述，来自 Thorlabs 晶体解决方案公司（加利福尼亚州圣巴巴拉）、奥地利维也纳大学克里斯蒂安-多普勒中红外光谱实验室、美国国家标准与技术研究院（NIST）和瑞士纳沙泰尔大学的研究人员开展了一项国际合作，现已展示出第一块真正的中红外超反射镜。这些镜子在 100 万个光子中只损失 8 个光子，反射率达到 99.99923%。要达到如此高的反射率，需要对材料、镜面设计和制造工艺的综合掌握。

带有单晶砷化镓/砷化镓模片的图案化四英寸砷化镓晶片，这些模片最终将熔融结合到涂有涂层的硅衬底上。图片来源：Georg Winkler

镜面镀膜的新范例

为了实现第AJMaGhWJ一代中红外（MIR）超级反射镜，研究人员构思并展示了一种新的镀膜范例。他们将传统的薄膜镀膜技术与新型半导体材料和方法相结合，克服了具有挑战性196世界之最的中红外区域的材料限制。

Thorlabs 晶体解决方案团队的技术经理加勒特-科尔（Garrett Cole）说："这项工作建立在我们在基底转移晶体涂层方面的开创性努力之上。我们的国际合作将这一平台扩展到了更长的波长，首次展示了一种中红外镀膜方法，其不良吸收和散射损耗低于百万分之五。"

分子束外延是一种用于制造多种不同半导体器件的先进工艺，这些反射镜利用分子束外延的极高纯度和出色的结构质量，生产出吸收和散射几乎可以忽略不计的单晶砷化镓/砷化镓多层膜。然后，利用先进的微加工技术（包括直接"融合"到纳沙泰尔大学沉积的高质量传统非晶薄膜干涉涂层上）将这种初始材料转化为高性能反射镜。

制造这些突破性的反射镜只是挑战的一半。科学家们还需要有条不紊地测量反射镜，以证明其卓越的性能。Thorlabs Crystalline Solutions 公司的首席科学家 Gar-Wing Truong 说："这是一个庞大的团队努力的结果，我们汇集了各种设备和专业知识，最终显示出低至百万分之 7.7 的总损耗，这比以前任何传统的近红外镀膜技术都要好 6 倍。

共同第一作者、维也纳大学科学家卢卡斯-佩尔纳（Lukas Perner）补充说："作为这种新型镀膜模式的共同发明人，对这些镜子进行测试既令人兴奋，又很有意义。我们在创新反射镜技术和先进表征方法方面的共同努力，使我们得以展示这些反射镜的卓越性能，在中近红外领域开辟了新天地。"

对环境传感和光谱学的影响

这些新型中红外超反射镜的一个直接应用是大大提高用于测量痕量气体的光学设备的灵敏度。这些设备被称为空腔降环光谱仪（CRAJMaGhWJDS），可以检测和量化微量的重要环境标志物，如一氧化碳。研究小组求助于 NIST 的研究化学家 Adam Fleisher 和 Michelle Bailey，他们长期从事这项技术的研究。在对这些镜子进行测试的概念验证实验中，弗莱舍和贝利表明，这些镜子的性能已经超过了最先进的镜子。

Bailey说："低损耗反射镜使得在小型设备中实现超长光路长度成为可能--在这种情况下，就好比把费城到纽约市的距离压缩到了一米的跨度。这是在中红外光谱范围内进行超灵敏光谱分析的一个关键优势，包括测量对核鉴识和碳年代测定非常重要的放射性同位素。"

编译来源：ScitechDaily