1 绪言

1.1 背景与意义

空间技术的发展使得激光技术在真空和空间领域得到了越来越广泛的应用，包括通信、测距、测高、光侦察等。目前国际上正在使用和研制的激光高度计有：空间技术实验激光雷达（Lidar In-space Technology Experiment, LITE）、火星轨道激光高度计（Mars Orbiter Laser Altimeter, MOLA）、地球激光高度计系统（Geosciences Laser Altimeter System, GLAS）、航天卫星高度计、大气激光多普勒仪（Atmosphere Laser Doppler Instrument, ALADIN）、月球卫星高度计以及云层浮质雷达观测系统和红外卫星观测系统等。这样，就有大量光学薄膜作为激光系统中的关键部件使用在真空环境或者特殊气氛下。光学薄膜是激光系统中非常重要但又最易损伤的薄弱环节，长期以来，激光对光学薄膜的破坏是影响光学薄膜使用寿命的主要原因，也是影响激光系统向高功率、高能量发展的瓶颈。所以，在真空和空间环境中光学薄膜的抗激光破坏能力是关系光学薄膜运行性能和安全的关键因素。研究表明，光学薄膜处于真空或空间环境时，其抗激光损伤能力会极大地降低[1～3]。而在空间领域的实际应用中，更替光学薄膜几乎是不可能的，所以保证光学薄膜的安全、稳定对于整个应用过程而言都是至关重要的。过去，几种空间激光系统（如MOLA和GLAS）已经出现了其在运行一段时间后反常地性能丧失或失效的现象[4][5]。另外，地面上一些大型的激光系统为了传输高功率的激光，其一些关键光学薄膜元件也需要在真空环境中工作，如美国NIF系统的终端光学系统和法国兆焦耳激光系统（Laser Mega Joule, LMJ）。这些系统在真空环境下工作时，其性能都出现了严重的退化，大大影响了系统的正常运行。因此，为了减轻长期运作的危险性，各国都在搭建地面真空测试系统以模拟空间使用情况。

相比于大气环境，真空环境下光学薄膜的激光破坏问题具有相当的特殊性，如真空系统中材料的放气过程、激光辐照材料分解过程、游离粒子的附着过程等，这使得影响光学薄膜激光损伤的因素大大增加。正是这些特殊过程的存在导致光学薄膜的激光损伤行为有别于在大气环境下的激光损伤行为，表现为损伤阈值降低、光学薄膜使用寿命缩短等现象，而这些都已经成为限制激光技术在空间领域应用的重要瓶颈。对真空环境下光学薄膜激光损伤的研究有助于改善光学薄膜的抗激光破坏能力，并可以为光学薄膜在真空和空间环境中的使用提供指导，从而推动激光技术在真空和空间领域的应用能力。

因此，探索光学薄膜在真空环境下的激光损伤机理，提高光学薄膜在真空环境下的激光负载能力，显得尤为重要。为了提高光学薄膜在真空环境下的抗损伤能力，必须深入研究用于真空系统的各类光学薄膜的激光损伤行为，分析真空环境中各类因素对光学薄膜激光损伤特性的影响，在保证光学薄膜光学性能的基础上，通过有效的手段抑制影响损伤阈值降低的因素，提高光学薄膜在真空下的抗激光损伤阈值和使用寿命。