多尺度法研究多孔薄膜激光损伤行为的尺寸效应

激光技术的快速发展，对光学薄膜元件的抗激光破坏能力提出了越来越高的要求。实验表明多孔光学薄膜在抗激光损伤能力上表现出众，但与之相关的激光损伤机制没有得到系统的研究。本项目拟采用多尺度研究方法，以激光薄膜常用的氧化锆、氧化硅为材料，基于宏观热力学、原子层面的分子动力学、电子层面的电子输运理论，研究多孔薄膜激光损伤行为的尺寸效应和表面效应。通过解决诸如微观模拟模型的建立、微观粒子之间作用场的确定等关键问题，获取薄膜材料热力学性能参数随温度、压力等状态参量改变而变化的信息，揭示多孔薄膜对激光能量的吸收机制。完善多孔光学薄膜的激光损伤理论，以期能够优化出具有强抗激光损伤能力的结构更佳的多孔薄膜。本项目的实施，将有利于加快激光薄膜产品性能提升的速度，促进激光向更高、更快、更强发展，具有重要的科研价值和广阔的应用前景及发展潜力。

激光技术的快速发展，对光学薄膜元件的抗激光破坏能力提出了越来越高的要求。实验表明多孔光学薄膜在抗激光损伤能力上表现出众，但与之相关的激光损伤机制没有得到系统的研究。本项目采用基于宏观热力学、原子层面的分子动力学、电子层面的电子输运理论的多尺度研究方法，分析了多孔薄膜激光损伤行为的尺寸效应和表面效应。.研究结果表明：纳米多孔材料导热系数随温度升高而增加，相比体材料明显降低；比热容随温度升高明显增加，与孔结构关系不大，受孔隙率影响明显；热膨胀系数明显大于体材料的，决定于孔隙分布及形态，与孔隙率关系不大；压缩模量随压力增加而降低，拉伸模量随压力增加逐渐增加。纳米微结构足够小且适当时可能会出现一种新的表面散射共振吸收机制，电子急剧吸收激光能量，但此共振吸收状态维持时间极短。在颗粒密堆结构氧化硅薄膜损伤斑中，观察到只有在飞秒与皮秒激光烧蚀实验中才能观察到的亚波长周期性条纹结构，此现象有待进一步系统研究。