射频与直流磁控溅射铝镀层作为光学阻挡层在X射线空间探测滤光片中的性能对比研究

为解决X射线探测器受紫外-可见-红外光(UV-VIS-IR)干扰的问题，中国科学院高能物理研究所团队对比研究了射频(RF)与直流(DC)磁控溅射制备的铝镀层光学阻挡滤光片(OBF)。研究发现DC溅射形成的铝镀层更致密、结晶度更高，使滤光片UV-VIS-IR光阻挡性能提升，为空间X射线探测器的精确测量提供了关键技术支撑。

　　

在探索宇宙奥秘的征程中，X射线天文观测是研究黑洞、中子星等天体的重要手段。然而，X射线探测器在太空环境中不仅会接收到目标X射线信号，还会受到强烈的紫外、可见和红外光（UV-VIS-IR）干扰，这些"杂散光"会严重影响探测精度。为此，科学家们设计了一种关键部件——光学阻挡滤光片（Optical Blocking Filter, OBF），它需要像"智能门卫"一样精确放行X射线，同时阻挡其他波段的光线。目前最常用的OBF采用聚酰亚胺（PI）薄膜与铝（Al）镀层复合结构，但如何让超薄的铝镀层（仅60纳米）实现最佳光阻挡效果，成为制约探测器性能提升的瓶颈问题。

中国科学院高能物理研究所的研究团队在《Optical Materials》发表论文，首次系统比较了射频（RF）与直流（DC）两种磁控溅射模式制备的铝镀层性能差异。研究人员通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等技术手段，发现DC溅射制备的铝镀层具有更小的晶粒尺寸（约减少30%）、更光滑的表面形貌（粗糙度降低40%）和更高的结晶度。这种致密结构使DC样品在可见光波段的反射率提升15%，UV-VIS-IR光透过率降低至RF样品的1/3以下，显著提高了OBF的光学阻挡性能。

关键技术方法包括：1）采用磁控溅射技术在PI薄膜上沉积60nm铝镀层；2）通过SEM观察表面形貌；3）利用XRD分析结晶特性；4）使用紫外-可见分光光度计测量光学性能。

【结构表征】SEM显示DC溅射铝镀层晶粒分布均匀，无明显岛状结构，而RF样品存在明显团聚现象。
【结晶分析】XRD证实DC样品呈现更强的Al（111）晶面衍射峰，结晶度比RF样品高20%。
【光学性能】DC样品在200-1000nm波段平均反射率达92%，比RF样品高8个百分点，且紫外截止边更陡峭。

该研究首次揭示磁控溅射模式对铝镀层性能的调控规律，证明DC模式更适合制备空间X射线探测器用OBF。其重要意义在于：1）为下一代X射线天文卫星（如爱因斯坦探针EP-FXT）提供了关键器件优化方案；2）建立的工艺-结构-性能关系对其它超薄金属光学镀层具有借鉴价值；3）通过提升OBF性能，可增强我国在空间X射线探测领域的国际竞争力。研究获得中国科学院大学教育基金会（X21520604）和高能所科技创新项目（E45455U2）支持，Na Gao为第一作者，Zhenyu Wu担任通讯作者。