多尺度法研究多孔薄膜雷射損傷行為的尺寸效應

《多尺度法研究多孔薄膜雷射損傷行為的尺寸效應》是依託武漢理工大學，由夏志林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多尺度法研究多孔薄膜雷射損傷行為的尺寸效應
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：夏志林
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

雷射技術的快速發展，對光學薄膜元件的抗雷射破壞能力提出了越來越高的要求。實驗表明多孔光學薄膜在抗雷射損傷能力上表現出眾，但與之相關的雷射損傷機制沒有得到系統的研究。本項目擬採用多尺度研究方法，以雷射薄膜常用的氧化鋯、氧化矽為材料，基於巨觀熱力學、原子層面的分子動力學、電子層面的電子輸運理論，研究多孔薄膜雷射損傷行為的尺寸效應和表面效應。通過解決諸如微觀模擬模型的建立、微觀粒子之間作用場的確定等關鍵問題，獲取薄膜材料熱力學性能參數隨溫度、壓力等狀態參量改變而變化的信息，揭示多孔薄膜對雷射能量的吸收機制。完善多孔光學薄膜的雷射損傷理論，以期能夠最佳化出具有強抗雷射損傷能力的結構更佳的多孔薄膜。本項目的實施，將有利於加快雷射薄膜產品性能提升的速度，促進雷射向更高、更快、更強發展，具有重要的科研價值和廣闊的套用前景及發展潛力。

結題摘要

雷射技術的快速發展，對光學薄膜元件的抗雷射破壞能力提出了越來越高的要求。實驗表明多孔光學薄膜在抗雷射損傷能力上表現出眾，但與之相關的雷射損傷機制沒有得到系統的研究。本項目採用基於巨觀熱力學、原子層面的分子動力學、電子層面的電子輸運理論的多尺度研究方法，分析了多孔薄膜雷射損傷行為的尺寸效應和表面效應。 研究結果表明：納米多孔材料導熱係數隨溫度升高而增加，相比體材料明顯降低；比熱容隨溫度升高明顯增加，與孔結構關係不大，受孔隙率影響明顯；熱膨脹係數明顯大於體材料的，決定於孔隙分布及形態，與孔隙率關係不大；壓縮模量隨壓力增加而降低，拉伸模量隨壓力增加逐漸增加。納米微結構足夠小且適當時可能會出現一種新的表面散射共振吸收機制，電子急劇吸收雷射能量，但此共振吸收狀態維持時間極短。在顆粒密堆結構氧化矽薄膜損傷斑中，觀察到只有在飛秒與皮秒雷射燒蝕實驗中才能觀察到的亞波長周期性條紋結構，此現象有待進一步系統研究。