无氢类金刚石薄膜激光破坏机制的研究

类金刚石(diamond-like carbon，DLC)膜具有许多优良的性能，可适用于风沙、盐雾等恶劣的环境中，但其抗激光损伤能力却非常有限，这一特性严重制约着DLC薄膜在红外大功率激光系统、激光对抗及防护系统中的应用，解决这一瓶颈问题的关键在于对DLC薄膜激光损伤机制的认识。.本申请拟研究无氢DLC光学薄膜的激光损伤特性，揭示薄膜形成条件与其损伤特性之间的相互关联性；研究薄膜激光损伤阈值变化规律和微观结构之间的关系，揭示微观结构与其损伤特性之间规律；建立工艺-结构-性能的相互依存链条，通过综合分析，建立适当的数学物理模型，基于数值反演与实验验证，对建立的模型进行修正，进而揭示无氢DLC膜的激光损伤机制。因此，本次申请对DLC膜的激光损伤机制进行研究，具有明确的科学意义。项目的实施及取得的成果，必将为制备高激光损伤阈值的无氢DLC减反射保护薄膜，奠定坚实的理论基础。

类金刚石（diamond-like carbon，DLC）作为优良的红外减反射保护膜材料，是恶劣环境中使用的不可替代的材料之一，但其较低的激光损伤阈值，使其在红外窗口上的应用受到一定限制。与此同时，高能激光器系统中的光学元件长期工作在高强度、大剂量的激光辐射下，导弹、卫星等飞行器的红外窗口，也往往成为激光武器攻击的主要目标。DLC膜较低的抗激光能力严重制约着其在红外大功率激光系统、激光对抗及防护系统中的应用，解决这一瓶颈问题的关键在于对DLC薄膜的激光损伤机制具有清楚明确的认识。. 本项目通过对无氢DLC薄膜折射率、消光系数、微观结构的研究，通过对薄膜内电场分布特性的模拟以及激光处理特性、外电场作用的研究，明确工艺参数-微观结构与激光损伤特性之间相互关系的基础上，揭示了DLC膜热场和电场共同作用的激光损伤机制，为制备抗激光损伤DLC膜奠定了坚实的理论基础。本项目具体进行了以下工作： 采用Raman光谱分析的方法研究了DLC薄膜的sp3含量、碳链的键合特性、连接方式、碳碳团簇尺寸等结构特性；研究了薄膜激光损伤阈值变化规律和微观结构间的关系，揭示了微观结构与损伤特性的规律；研究了无氢DLC光学薄膜的激光损伤特性，揭示了薄膜形成条件与损伤特性间的相互关联性。研究了非平衡磁控溅射及脉冲电弧离子镀技术制备DLC薄膜的工艺及方法，并对其抗激光损伤特性进行了分析测试，得出了该制备技术下DLC薄膜抗激光损伤阈值的最佳制备工艺条件和最显著影响因素；对多种技术制备DLC薄膜的激光损伤特性进行了研究，从实验对比中总结出薄膜的激光损伤机理；对DLC薄膜内部电场强度分布进行了系统地研究与分析，从理论上揭示了DLC薄膜的损伤机制；通过激光预处理、外加电场对薄膜激光损伤特性影响的研究，建立起工艺—结构—性能的相互依存链条，通过综合分析，数值计算与验证，明确了DLC膜的激光损伤机制为热场主导下的，具有强电场作用的综合结果。. 本项目完成了申请书及计划书的研究任务，明确了DLC薄膜的激光损伤机制，为后续进一步研究提供了实验基础和理论依据。项目进行期间，在国内外刊物上发表相关学术论文14篇，其中SCI、EI收录10篇；申请发明专利2项；参加学术会议6次；培养博士生1名，硕士生3名。