在高能激光系统中, 反射膜的损伤生长特性和初始损伤一样重要。对薄膜损伤生长特性的研究将有助于探究反射膜损伤机制, 从而进一步有效地提高其抗激光损伤能力。使用电子束蒸发(EB)和离子束辅助(IAD)两种工艺制备了1 064 nm波长下的HfO2/SiO2反射膜, 利用四种尺寸的单分散的SiO2小球形成人工节瘤, 来研究薄膜镀制工艺和节瘤尺寸对节瘤损伤生长特性的影响。激光损伤测试结果表明: 节瘤损伤生长阈值基本随节瘤尺寸的增加而减小。EB工艺制备的反射膜中, 四种尺寸节瘤的损伤生长阈值都高于其初始损伤阈值, 而IAD工艺制备的反射膜中结果则相反。另外, IAD工艺要比EB工艺制备的反射膜中的节瘤在发生初始损伤后更易于损伤生长, 说明薄膜镀制工艺对节瘤的损伤生长速度有一定的影响。

在近红外反射类激光薄膜中, 节瘤缺陷是引起薄膜激光损伤的主要因素。为了提高激光薄膜的损伤阈值, 对节瘤缺陷及其损伤特性进行研究具有重要意义。从“真实”节瘤缺陷和“人工”节瘤缺陷两个方面介绍节瘤缺陷的研究进展。基于“真实”节瘤缺陷的研究, 建立了节瘤缺陷的结构特征, 形成了节瘤缺陷损伤特性和损伤机制的初步认识, 利用时域有限差分法(FDTD)模拟了电场增强, 初步解释了节瘤缺陷的损伤机制, 发明了抑制节瘤缺陷种子源的方法和激光预处理技术, 减少了节瘤缺陷, 提高了薄膜损伤阈值。但是“真实”节瘤缺陷的性质, 如种子源尺寸、吸收性以及位置深度等, 都难以控制和预测, 难以开展节瘤缺陷损伤特性的系统和量化研究, 致使关于节瘤缺陷损伤的科学认识尚有不足。基于“人工”节瘤缺陷的研究, 可以实现节瘤缺陷损伤特性的系统、量化甚至单一因素研究, 极大地提高了实验研究的效率和可靠性, 获得了一系列定量损伤规律。“人工”节瘤缺陷的高度受控性使实验研究与理论模拟的可靠对比成为可能, “人工”节瘤缺陷的损伤形貌和FDTD电场模拟的直接比较实验不仅验证了时域有限差分法(FDTD)模拟电场的正确性, 也进一步明确了电场增强是诱导节瘤缺陷损伤的主要机制。对节瘤缺陷的损伤机制有了更为深刻的认识后, 人们开始调控节瘤缺陷的电场增强效应提高节瘤缺陷的损伤阈值, 发展了宽角度反射薄膜技术和节瘤缺陷平坦化技术, 抑制电场增强, 提高损伤阈值。这扩展了控制节瘤缺陷的思路和方法, 从原来单一的去除节瘤缺陷到调控节瘤缺陷, 为进一步提高薄膜的损伤阈值开辟了新的方向和途径。

研究了1 064 nm HfO2/SiO2偏振分光膜中节瘤的损伤特性。为了研究偏振分光膜中节瘤缺陷种子源粒径大小与损伤阈值之间的关系，在熔石英基板上植入了尺寸和密度可控的单分散性的SiO2小球，并采用电子束蒸发技术在熔石英基板上制备了1 064 nm HfO2/SiO2偏振分光膜。为了便于损伤测试，节瘤缺陷密度控制在20~40 mm2左右，并采取旋涂的措施防止了SiO2小球团聚的现象。为了获得人工节瘤损伤能量的统计值，用脉宽为10 ns的1 064 nm脉冲激光进行了光栅扫描式损伤测试。实验结果表明在偏振分光膜中节瘤缺陷的损伤阈值随着种子源粒径的增大而单调下降。