溶胶-凝胶SiO2减反膜在真空环境和激光作用下的污染与降级机理研究

高功率激光装置的溶胶-凝胶光学薄膜在真空环境下的受污染和降级失效是制约强激光系统升级和各型激光装置在空间科学应用的瓶颈问题之一，其核心科学问题是强激光和分子污染物及光学薄膜表面之间相互作用的规律与机理研究，并据此对真空系统和膜参数的调控研究。本项目系统研究真空环境中溶胶-凝胶光学减反膜在静态和强激光作用下与常见分子污染物的相互作用和受污染情况，并就其对薄膜的激光损伤阈值和薄膜损伤形态的影响展开研究，揭示强激光和分子污染物之间、强激光与薄膜表面之间、分子污染物与薄膜表面之间及不同分子污染物之间相互作用的规律和机理，获取并明晰不同受污染情况下溶胶-凝胶光学减反膜的降级与激光损伤的起源和调控机制，为大规模高功率激光系统和各种空间技术使用的激光装置在延长使用寿命、增加耐候性和激光输出功率方面提供科学依据。

高功率激光装置的溶胶-凝胶光学薄膜在真空环境下的受污染和降级失效是制约强激光系统升级和各型激光装置在空间科学应用的瓶颈问题之一，其核心科学问题是强激光和分子污染物及光学薄膜表面之间相互作用的规律与机理研究，并据此对真空系统和膜参数的调控研究。本项目系统研究了大气和真空环境中溶胶-凝胶光学减反膜与常见分子污染物的相互作用和受污染情况，以及镀薄元件的激光损伤阈值。发现了薄膜对污染物的吸附是其性能下降的主要原因，而且吸附能力与薄膜的表面极性和微结构密切相关。通过液相处理和气相沉积的手段可以方便地调节表面极性和微结构，进而降低薄膜对污染物的吸附，明显提高其性能的稳定。从减少薄膜和基底缺陷入手，分别通过溶胶内修饰、薄膜表面修饰以及化学腐蚀、超级抛光提高了薄膜和基底的抗激光损伤能力，将红外(1064 nm)和紫外(355 nm)透射元件的激光损伤阈值分别提高到1.3和4.2倍。本项目研究成果为大规模高功率激光系统和各种空间技术使用的激光装置在延长使用寿命、增加耐候性和激光输出功率方面提供了科学依据和技术参考。