上海光機(jī)所在激光薄膜的空間伽馬射線輻射穩(wěn)定性研究中取得新進(jìn)展
近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所薄膜光學(xué)實驗室和意大利國家新技術(shù)、能源和可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展局合作，在激光薄膜的空間伽馬射線輻射穩(wěn)定性研究中取得新進(jìn)展，為耐輻射空間光學(xué)元件的研制提供了數(shù)據(jù)支撐，相關(guān)研究成果以Laser-induced damage of 1064 nm multilayer antireflection coatings after exposure to gamma rays為題發(fā)表于《光學(xué)材料》（Optical Materials）。 Q 1?*+]
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隨著空間技術(shù)、衛(wèi)星及飛行器探測技術(shù)需求的不斷增加，空間激光器的應(yīng)用越來越廣泛。在空間激光器向著長壽命、大能量、高功率的方向發(fā)展的進(jìn)程中，薄膜元件作為光學(xué)系統(tǒng)中最為薄弱的環(huán)節(jié)之一，其可靠性和穩(wěn)定性對空間激光系統(tǒng)至關(guān)重要。空間中惡劣的高能射線輻射環(huán)境使得空間應(yīng)用的薄膜元件的可靠性和激光損傷性能面臨嚴(yán)峻的考驗，同時也可能造成薄膜的吸收損耗增加。此外，在軌運(yùn)行薄膜一旦發(fā)生損傷，將無法進(jìn)行修復(fù)或更換，因此有必要對激光薄膜的空間輻射損傷開展系統(tǒng)性研究。 p WJ EFm
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研究團(tuán)隊針對不同工藝沉積的1064nm多層減反射薄膜開展了伽馬射線輻射實驗，伽馬射線總劑量相當(dāng)于低地球軌道（LEO）5-8年的輻射劑量。通過研究輻射前后薄膜的光學(xué)性能、結(jié)構(gòu)組成和化學(xué)成分，分析了伽馬射線輻射在薄膜中生成的缺陷類型以及輻射缺陷在多層膜不同膜層中的分布情況。研究表明伽馬輻射不會改變薄膜的結(jié)構(gòu)，但輻射產(chǎn)生的氧空位等缺陷會造成薄膜在紫外波段的透過率降低，同時也會增加薄膜的吸收損耗，為薄膜在高功率激光系統(tǒng)中的應(yīng)用留下隱患。伽馬射線輻射后的薄膜在激光輻照下的損傷概率大大增加，損傷閾值也有明顯降低。不同工藝沉積的薄膜表現(xiàn)出了不同的空間穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)更致密的薄膜的輻射穩(wěn)定性也更高。研究成果有助于從工藝和設(shè)計角度提升激光薄膜的空間輻射穩(wěn)定性，有助于擴(kuò)展薄膜材料在空間環(huán)境中的廣泛應(yīng)用。 foQo`}"5
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圖1. 1064nm多層減反射薄膜在伽馬射線輻射前后的透過率曲線 }AJoF41X
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圖2. 薄膜在伽馬射線輻射前后的原子百分比和1064nm弱吸收 Q-gVg%'7
相關(guān)工作得到了中意政府間國際科技創(chuàng)新合作重點(diǎn)項目、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會的支持。 x4H#8ZK!
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原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.111580
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