上海光机所在空天激光薄膜的性能退化研究取得进展

近日，中科院上海光机所高功率激光元件技术与工程部赵元安研究员团队与武汉理工大学夏志林教授、土耳其国家计量研究院Humbet Nasibli教授以及赛思科技有限公司合作，在空天激光薄膜受到伽马射线辐照导致的抗激光损伤性能退化研究方面取得新进展，相关研究成果以“Nodular-defect induced degradation of laser damage resistance of 532 nm high reflectivity coating after exposure to gamma rays”为题发表于Optics Express。

在空间光学领域，评估空间辐射对光电子学元器件的性能影响对于空天激光技术具有重大意义。X射线、伽马射线、粒子辐照等空间辐射会影响元器件性能，对于不同轨道载荷，往往采用等效剂量伽马射线评估其元器件的辐照退化问题。

研究团队采用等效低轨、中轨和高轨剂量的伽马射线对典型基底材料（熔石英和S-BSL7玻璃）以及激光薄膜元件（532nm反射膜）开展地面模拟试验。研究结果显示，S-BSL7玻璃在低轨对应剂量下即发生暗化，熔石英玻璃只在高轨对应剂量下出现E’色心，但这两种变化并未明显影响基底抛光表面的激光损伤阈值；同时发现，镀制在这两种基底上的高反射膜的光学性能并未受到辐照剂量影响，但高轨对应剂量辐照导致激光薄膜的抗激光损伤能力出现明显下降。研究重点解析了高轨剂量诱导激光薄膜抗激光损伤能力下降的影响途径是薄膜中存在的缺陷，并采用蒙特卡洛模拟分析了高能射线诱导的二次电子在缺陷区域的聚集特征，从实验和理论分析两方面对结果进行了确认。该研究工作首次阐明了伽马射线与激光共同作用于激光薄膜元件的基本物理图像，确定了作用点和作用机制，为空天激光用激光薄膜元件的早期失效筛选提供了方案，对于空天激光器的长寿命性能保障具有重要价值。

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图1.532 nm高反射薄膜在不同轨道辐射剂量的抗激光损伤性能退化结果

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图2.伽马射线对完好结构和缺陷结构能量沉积的蒙特卡洛模拟图：a)完好薄膜；b)缺陷结构

该研究获得中国科学院国际合作局对外合作项目及土耳其科学技术研究理事会的支持。

相关链接：https://doi.org/10.1364/OE.543814