雙離子束濺射薄膜具有優良的力學性能和環境穩定性，適合用于空間激光系統。薄膜的激光損傷是激光系統中的瓶頸，濺射空間薄膜的激光損傷關系到整個航天器任務的發射和運行的穩定性。濺射薄膜激光損傷的物理過程研究對尋找薄膜性能提升方法至關重要，目前的激光損傷模型無法針對濺射薄膜大尺寸膜層剝離現象做出較好的解釋。

　　研究提出了一種基頻激光輻照下雙離子濺射薄膜的激光損傷新模型，并與實驗結果相匹配。研究發現，雙離子束濺射多層薄膜在基頻激光下表現出兩種典型的損傷形貌，一種是無膜層剝離的熱力耦合破壞，另一種是大面積膜層剝離損傷形貌。大面積膜層剝離效應與電子束蒸發薄膜的蜂窩狀形貌及熔石英的環形燒蝕形貌明顯不同。科研人員通過對空氣電離波的作用過程進行計算，提出了一種基于激光能量與空氣離化相關的激光損傷模型來解釋該現象，包括缺陷引起的損傷過程和電離空氣形成的沖擊波的損傷過程。針對常用的Al₂O₃/SiO₂、Ta₂O₅/SiO₂、Nb₂O₅/SiO₂薄膜組合進行驗證，發現該物理模型具有很好的匹配性，并發現剝離效應與不同膜層的熱力參數相關。對薄膜損傷過程進行分析，有助于從工藝和設計角度提高其抗激光損傷性能。同時，該模型可推廣到其他激光材料的損傷機制。

　　相關研究成果發表在Scientific Reports上。研究工作得到中意政府間國際科技創新合作重點項目、國家自然科學基金委員會、中科院青年創新促進會、中科院戰略性先導科技專項等的支持。

　　論文鏈接

　　

　　

　　不同能量下雙離子束濺射薄膜的激光損傷形貌：（a）低能量下熱力耦合破壞引起的損傷坑，（b）、（c）高能量下剝離狀損傷形貌；激光損傷過程示意圖：（d）初始缺陷吸收激光能量，熱力耦合效應，（e）電離空氣形成等離子體，剝離效應