上海光機(jī)所在激光薄膜的空間高能輻射穩(wěn)定性研究中獲得進(jìn)展
在激光薄膜的空間高能輻射穩(wěn)定性研究中取得新進(jìn)展,為耐輻射空間光學(xué)元件的研制提供了新思路。
中科院上海光機(jī)所高功率激光元件技術(shù)與工程部和意大利國(guó)家新技術(shù)、能源和可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展局、北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所合作,在激光薄膜的空間高能輻射穩(wěn)定性研究中取得新進(jìn)展,為耐輻射空間光學(xué)元件的研制提供了新思路,相關(guān)研究成果以“Effect of residual impurities on the behavior and laser-induced damage of oxide coatings exposed to deep space radiation”為題,發(fā)表于Optical Materials。 隨著空間探測(cè)的逐漸深入和激光技術(shù)的迅速發(fā)展,空間激光器在多個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮著不可替代的作用。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(duì)空間激光系統(tǒng)至關(guān)重要,但空間中極端惡劣的高能輻射環(huán)境使得空間應(yīng)用的薄膜元件的穩(wěn)定性面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。原子層沉積技術(shù)有望制備更高激光損傷閾值的薄膜,但沉積過(guò)程中殘留的雜質(zhì)元素可能會(huì)影響薄膜在空間輻射中的性能表現(xiàn),因此有必要對(duì)原子層沉積薄膜的空間輻射穩(wěn)定性開(kāi)展評(píng)估研究。 圖1 低雜質(zhì)含量薄膜在空間輻射前后的色心種類 圖2 不同氧化物薄膜在空間輻射前后的激光損傷概率和閾值 研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)不同雜質(zhì)含量的氧化物薄膜開(kāi)展了質(zhì)子、紫外輻射實(shí)驗(yàn),質(zhì)子輻射劑量相當(dāng)于低地球軌道地球同步軌道(GEO)6年的輻射劑量。研究表明低雜質(zhì)含量的薄膜在空間質(zhì)子、紫外輻照后生成了E’色心、非橋氧等色心缺陷,通過(guò)光譜解析法分析了兩種輻照后的色心演化,發(fā)現(xiàn)色心種類與膜內(nèi)氫元素的分布密切相關(guān),色心缺陷導(dǎo)致薄膜紫外波段的光學(xué)性能退化,355nm激光損傷閾值明顯下降。高雜質(zhì)含量的薄膜雜質(zhì)以前驅(qū)體殘留的碳元素為主,在氧化鋯薄膜中主要表現(xiàn)為C-Zr結(jié)合,使得膜內(nèi)存在較多氧缺陷。在空間輻照時(shí)質(zhì)量較輕的雜質(zhì)元素先吸收輻射能量被碰撞移位,釋放出的膜層元素與原有的氧缺陷結(jié)合使得膜內(nèi)缺陷減少,維持了性能穩(wěn)定。輻照后的薄膜的光學(xué)性能恢復(fù),激光損傷閾值不降反升,但雜質(zhì)的存在導(dǎo)致薄膜的初始損傷閾值不高。研究成果為空間應(yīng)用的光學(xué)元件提供了新的研制思路,通過(guò)超輕元素?fù)诫s提升輻射穩(wěn)定性,有助于拓展新型薄膜沉積工藝和薄膜材料在空間環(huán)境中的廣泛應(yīng)用。 相關(guān)工作得到了中意政府間國(guó)際科技創(chuàng)新合作重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的支持。 相關(guān)鏈接:https://doi.org/10.1016/j.optmat.2023.113838 |
1.行業(yè)新聞、市場(chǎng)分析。 2.新品新技術(shù)(最新研發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品技術(shù)介紹,包括產(chǎn)品性能參數(shù)、作用、應(yīng)用領(lǐng)域及圖片); 3.解決方案/專業(yè)論文(針對(duì)問(wèn)題及需求,提出一個(gè)解決問(wèn)題的執(zhí)行方案); 4.技術(shù)文章、白皮書(shū),光學(xué)軟件運(yùn)用技術(shù)(光電行業(yè)內(nèi)技術(shù)文檔);
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