雙離子束濺射薄膜具有優(yōu)良的力學(xué)性能和環(huán)境穩(wěn)定性，適合用于空間激光系統(tǒng)。薄膜的激光損傷是激光系統(tǒng)中的瓶頸，濺射空間薄膜的激光損傷關(guān)系到整個航天器任務(wù)的發(fā)射和運行的穩(wěn)定性。濺射薄膜激光損傷的物理過程研究對尋找薄膜性能提升方法至關(guān)重要，目前的激光損傷模型無法針對濺射薄膜大尺寸膜層剝離現(xiàn)象做出較好的解釋。

　　研究提出了一種基頻激光輻照下雙離子濺射薄膜的激光損傷新模型，并與實驗結(jié)果相匹配。研究發(fā)現(xiàn)，雙離子束濺射多層薄膜在基頻激光下表現(xiàn)出兩種典型的損傷形貌，一種是無膜層剝離的熱力耦合破壞，另一種是大面積膜層剝離損傷形貌。大面積膜層剝離效應(yīng)與電子束蒸發(fā)薄膜的蜂窩狀形貌及熔石英的環(huán)形燒蝕形貌明顯不同。科研人員通過對空氣電離波的作用過程進行計算，提出了一種基于激光能量與空氣離化相關(guān)的激光損傷模型來解釋該現(xiàn)象，包括缺陷引起的損傷過程和電離空氣形成的沖擊波的損傷過程。針對常用的Al₂O₃/SiO₂、Ta₂O₅/SiO₂、Nb₂O₅/SiO₂薄膜組合進行驗證，發(fā)現(xiàn)該物理模型具有很好的匹配性，并發(fā)現(xiàn)剝離效應(yīng)與不同膜層的熱力參數(shù)相關(guān)。對薄膜損傷過程進行分析，有助于從工藝和設(shè)計角度提高其抗激光損傷性能。同時，該模型可推廣到其他激光材料的損傷機制。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在Scientific Reports上。研究工作得到中意政府間國際科技創(chuàng)新合作重點項目、國家自然科學(xué)基金委員會、中科院青年創(chuàng)新促進會、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等的支持。

　　論文鏈接

　　

　　

　　不同能量下雙離子束濺射薄膜的激光損傷形貌：（a）低能量下熱力耦合破壞引起的損傷坑，（b）、（c）高能量下剝離狀損傷形貌；激光損傷過程示意圖：（d）初始缺陷吸收激光能量，熱力耦合效應(yīng)，（e）電離空氣形成等離子體，剝離效應(yīng)