近年来哈佛大学的研究者提出了一种新型亚波长光学涂层,打破了高吸收介质会破坏光干涉效应以及光学薄膜厚度必须为光波长的1/4及其倍数等传统观点,当高吸收介质层为5~25 nm时,干涉现象仍然存在,可以实现对入射光不同波段的选择性吸收从而显色,且具有对表面粗糙度不敏感、受入射角度影响不大等优点。这种新型的高吸收介质/导电层光学薄膜体系开辟了一条新的光学薄膜研究路线。另一方面,传统光学薄膜的制备通常需高真空、精密机械设备,或者需要的源为昂贵的大分子金属有机物,制备成本较高。金属有机物沉积(Metal Organic Deposition,简称MOD)法设备简单,不要求真空环境,沉积效率较高,原材料利用率高,而且薄膜的组分容易控制,更重要的是可大面积均匀成膜,适合大规模的工业生产,因此使用金属有机物沉积法来制备光学薄膜具有很好的商业前景。介质/金属复合薄膜结构是应用得最广泛的光学结构之一,灵活运用这种结构,可以实现例如高反射膜中的完美镜面、滤光膜中的法布里-珀罗干涉仪结构等许多高级光学薄膜的功能。传统光学结构是通过改变介质层的性质从而改变整体光学性能,由于导电层的性质对介质/导电层光学薄膜体系的性能也有较大影响,为此,本论文针对高吸收Ge/导电薄膜体系,选择不同类型的导电材料,研究导电层性质对光学薄膜性能的影响。具体地,采用零电阻的钇钡铜氧(YBa2Cu3O7-δ,简称YBCO)超导薄膜作为完美电导体,以及镓锌氧合金(GaZnO compound,简称GZO)透明导电薄膜来代替Au反射层,围绕Ge/YBCO、Ge/GZO体系的光学性能变化和可能应用,论文开展了如下研究:(1)采用MOD法在铝酸镧(LaAlO3,简称LAO)单晶上制备YBCO超导薄膜,系统研究工艺参数(低温热处理升温速率、高温热处理温度、氧浓度、水分压、气流速度、过渡温区升温速率)对YBCO薄膜结构和性能的影响,通过调节过渡温区升温速率消除a轴,稳定地制备出了Jc≥1.8 MA/cm2的高性能的YBCO薄膜。为了降低基片成本和未来的柔性光学器件应用,在Ni-W基带上研究了锆酸镧(La2Zr2O7,简称LZO)缓冲层的MOD制备。为了提高YBCO薄膜性能,通过纳米非晶Y2O3薄膜对LAO基片表面修饰实现磁通钉扎,从而在提高YBCO薄膜厚度、保证YBCO薄膜对光的零透射的同时保持高性能。(2)采用MOD法制备GZO透明导电薄膜,系统研究了生长温度、膜厚、Ga浓度等因素对薄膜结构、形貌、光学性能、电学性能的影响,成功制备了在可见光区的透光率大于85%,电阻率为5.42×10-3?cm的GZO透明导电薄膜,并通过改变前驱液成分制备了ZnO薄膜、紫外吸收的Ga2O3薄膜以及MOD-Ga2O3基日盲紫外探测器。(3)对Ge/Au体系进行重复验证,变换Ge膜厚度,得到反射率随Ge厚度变化的显色效应,并通过计算与实验测试的反射率对比,发现计算结果很好地吻合实验结果。接着改变可见吸收的介质层Ge膜为紫外吸收的Ga2O3薄膜,发现了与Ge/Au体系类似的规律:随Ga2O3薄膜厚度改变,紫外光区的反射率峰位发生了偏移,成功地将亚波长光学薄膜的应用范围扩展到紫外波段。(4)将全反射Au层换成YBCO超导薄膜,研究了Ge/YBCO体系的光学性能。发现室温下YBCO为可见光区接近全吸收的材料,与预期的理想电导体全反射不同。随着Ge膜厚度的增加,Ge/YBCO体系的反射率下降降低,吸收率增大。Ge/YBCO薄膜体系具有近90%的吸收率,且随着温度降低吸收进一步增大,有望应用于太阳能电池吸收层、超薄光探测器等领域。Ge/YBCO光学体系可能在红外-远红外、太赫兹领域有应用,这是下一步研究的方向。(5)将全反射Au层换成透明导电GZO薄膜,研究新型的Ge/GZO体系的反射、吸收光学特性。发现GZO薄膜电阻率较小(10-3?cm量级)时,随Ge膜厚度变化的反射率出现峰位偏移现象并因此显色,加上GZO薄膜能有效地吸收紫外光,成功地实现了具有装饰效果的紫外太阳镜功能。针对Au是对可见光波段全反射的材料,没法透过可见光,Ge/Au体系的应用局限于装饰领域的缺点,将不透光的Ge/Au系统扩展到半透膜的Ge/GZO体系,拓展了亚波长光学薄膜的结构体系和应用范围。