——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學院辦院方針
近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光元件技術(shù)與工程部薄膜光學研發(fā)中心研究團隊，在2.1 μm納秒激光下中紅外薄膜元件的損傷機理研究方面取得新進展，相關成果以”Damage Mechanisms of Mid-infrared Coating Components Induced by 2.1 μm Nanosecond Laser Pulses”為題發(fā)表于Optics and Laser Technology。
高功率中紅外激光在大氣檢測、空間通信、生物醫(yī)療等領域具有重要應用。然而，目前其激光系統(tǒng)的魯棒性受限于光學薄膜元件薄弱的抗損傷性能。對此，亟需研究中紅外薄膜元件的損傷機理，探索可行的損傷閾值提升技術(shù)。
研究團隊系統(tǒng)研究了2.1 μm激光輻照下中紅外增透薄膜元件（HT）與分光薄膜元件（PT）的損傷特性。研究結(jié)果表明，2.1 μm激光下中紅外薄膜呈現(xiàn)出明顯的熱損傷特征。單波段增透元件（SHT）因分布于基底處的納米吸收性缺陷在2.1 μm激光下形成典型的燒蝕平底坑，坑底中心存在微小的光滑凹坑。沉積于熔石英和氟化鈣兩種基底的多波段增透元件（MHT）因其基底熱膨脹系數(shù)的差異性分別表現(xiàn)出10.2 J/cm2與3.7 J/cm2的損傷閾值以及截然不同的損傷形貌。分光元件的不同膜面因納米吸收性缺陷與節(jié)瘤缺陷分別呈現(xiàn)出漏斗坑和圓頂狀鼓包的初始損傷形貌。這項研究揭示了中紅外薄膜元件的一些損傷機制，在提升其抗損傷性能方面指明了方向，為突破高功率中紅外激光的發(fā)展瓶頸提供重要支撐。有望應用于3-5 μm非線性頻率轉(zhuǎn)換激光系統(tǒng)，并推動非金屬材料加工、高光譜成像等相關行業(yè)的發(fā)展。
相關工作得到了上海市科委“探索者”項目、中國科學院國際合作局對外合作重點項目、山東大學晶體材料國家重點實驗室及中國科學院特別交流計劃等項目的支持。
圖1. 2.1 μm下中紅外增透薄膜與分光薄膜的損傷閾值
圖2. (a)-(d)和(f)為不同能量密度下單波段增透膜的損傷形貌，(e)為(b)中平底坑的截面形貌
