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超强激光科学卓越创新简报

(第三百二十六期)

2022年11月30日

上海光机所在激光薄膜的空间伽马射线辐射稳定性研究中取得新进展

  近日,中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室和意大利国家新技术、能源和可持续经济发展局合作,在激光薄膜的空间伽马射线辐射稳定性研究中取得新进展,为耐辐射空间光学元件的研制提供了数据支撑,相关研究成果以Laser-induced damage of 1064 nm multilayer antireflection coatings after exposure to gamma rays为题发表于《光学材料》(Optical Materials)。

  随着空间技术、卫星及飞行器探测技术需求的不断增加,空间激光器的应用越来越广泛。在空间激光器向着长寿命、大能量、高功率的方向发展的进程中,薄膜元件作为光学系统中最为薄弱的环节之一,其可靠性和稳定性对空间激光系统至关重要。空间中恶劣的高能射线辐射环境使得空间应用的薄膜元件的可靠性和激光损伤性能面临严峻的考验,同时也可能造成薄膜的吸收损耗增加。此外,在轨运行薄膜一旦发生损伤,将无法进行修复或更换,因此有必要对激光薄膜的空间辐射损伤开展系统性研究。

  研究团队针对不同工艺沉积的1064nm多层减反射薄膜开展了伽马射线辐射实验,伽马射线总剂量相当于低地球轨道(LEO)5-8年的辐射剂量。通过研究辐射前后薄膜的光学性能、结构组成和化学成分,分析了伽马射线辐射在薄膜中生成的缺陷类型以及辐射缺陷在多层膜不同膜层中的分布情况。研究表明伽马辐射不会改变薄膜的结构,但辐射产生的氧空位等缺陷会造成薄膜在紫外波段的透过率降低,同时也会增加薄膜的吸收损耗,为薄膜在高功率激光系统中的应用留下隐患。伽马射线辐射后的薄膜在激光辐照下的损伤概率大大增加,损伤阈值也有明显降低。不同工艺沉积的薄膜表现出了不同的空间稳定性,结构更致密的薄膜的辐射稳定性也更高。研究成果有助于从工艺和设计角度提升激光薄膜的空间辐射稳定性,有助于扩展薄膜材料在空间环境中的广泛应用。

  相关工作得到了中意政府间国际科技创新合作重点项目、国家自然科学基金委、中国科学院青年创新促进会的支持。

  原文链接

图1 1064nm多层减反射薄膜在伽马射线辐射前后的透过率曲线

图2 薄膜在伽马射线辐射前后的原子百分比和1064nm弱吸收

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