近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光元件技术与工程部薄膜光学研发中心研究团队，在2.1 μm纳秒激光下中红外薄膜元件的损伤机理研究方面取得新进展，相关成果以”Damage Mechanisms of Mid-infrared Coating Components Induced by 2.1 μm Nanosecond Laser Pulses”为题发表于Optics and Laser Technology。

高功率中红外激光在大气检测、空间通信、生物医疗等领域具有重要应用。然而，目前其激光系统的鲁棒性受限于光学薄膜元件薄弱的抗损伤性能。对此，亟需研究中红外薄膜元件的损伤机理，探索可行的损伤阈值提升技术。

研究团队系统研究了2.1 μm激光辐照下中红外增透薄膜元件（HT）与分光薄膜元件（PT）的损伤特性。研究结果表明，2.1 μm激光下中红外薄膜呈现出明显的热损伤特征。单波段增透元件（SHT）因分布于基底处的纳米吸收性缺陷在2.1 μm激光下形成典型的烧蚀平底坑，坑底中心存在微小的光滑凹坑。沉积于熔石英和氟化钙两种基底的多波段增透元件（MHT）因其基底热膨胀系数的差异性分别表现出10.2 J/cm²与3.7 J/cm²的损伤阈值以及截然不同的损伤形貌。分光元件的不同膜面因纳米吸收性缺陷与节瘤缺陷分别呈现出漏斗坑和圆顶状鼓包的初始损伤形貌。这项研究揭示了中红外薄膜元件的一些损伤机制，在提升其抗损伤性能方面指明了方向，为突破高功率中红外激光的发展瓶颈提供重要支撑。有望应用于3-5 μm非线性频率转换激光系统，并推动非金属材料加工、高光谱成像等相关行业的发展。

相关工作得到了上海市科委“探索者”项目、中国科学院国际合作局对外合作重点项目、山东大学晶体材料国家重点实验室及中国科学院特别交流计划等项目的支持。

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图1. 2.1 μm下中红外增透薄膜与分光薄膜的损伤阈值

图2. (a)-(d)和(f)为不同能量密度下单波段增透膜的损伤形貌，(e)为(b)中平底坑的截面形貌