激光武器中光学镜片的超级防弹衣——高激光损伤阈值镀膜

B站影视 韩国电影 2025-09-09 11:23 1

摘要:就有细心的小伙伴要问了:既然激光武器杀伤力这么大, 能量这么强,那么它里边的镜片是如何承受的住这个能量冲击的呢?

93阅兵,后劲儿可真大。

这都过去2天了,阅兵式上展示出的尖端武器装备带来的那种激情澎湃的感觉,在心中迟迟挥之不去。

作为资深光学问题兴趣研究专家和伪军迷,还特意整理了一份关于93阅兵的装备中出现的光电技术。

93阅兵式上隐藏的尖端光学国防力量

其中的激光武器令大家印象最为深刻。

改变海上作战规则的舰载激光武器LY-1更是被网友戏称为洗衣机。

甚至还有人把弹头叫妙脆角。

这可不是我夸张胡说,咱可是有图有真相。

你可别说,还真像。

哎,就有细心的小伙伴要问了:既然激光武器杀伤力这么大, 能量这么强,那么它里边的镜片是如何承受的住这个能量冲击的呢?

这妥妥的是一个好问题。

还记得咱们昨天聊的地表最强光学镀膜技术吗?

地表最强光学镀膜技术——离子束溅射(IBS)

有小伙伴已经在后台给出答案了:

不得不说我的粉丝们真的是见多识广啊。

其实他也只说了其中一部分,还有一个名词叫:高激光损伤阈值。

今天,咱就带着大家一起认识一下能让激光武器中的镜片完好无损的高激光损伤阈值镀膜。

首先来看它的核心定义:

高激光损伤阈值(High Laser-Induced Damage Threshold, 简称HLIDT)镀膜是一种专门应用于光学元件表面的薄膜,它具备能够承受极高功率或能量的激光照射而不被破坏的能力。

你可以把它想象成给精密的光学元件,例如透镜、反射镜,穿上了一件超级“防弹衣”,这件“防弹衣”不仅要让激光(“子弹”)按要求通过或反射,还要保证光学元件自己在被反复射击后完好无损。

怎么样,是不是很震惊,科技的力量就是这么神奇。

“损伤阈值”又是什么?

简单来说,它是一个量化指标,表示单位面积上光学薄膜所能承受的最大激光能量(通常用 J/cm² 表示)或功率密度(通常用 W/cm² 表示)。

阈值越高,代表薄膜的抗激光损伤能力越强。

为什么会损伤?

当强大的激光照射在薄膜上时,其能量会被吸收或转化为热能,导致局部温度急剧升高,从而引发膜层熔化、烧蚀、龟裂、甚至脱落等一系列不可逆的破坏。

HLIDT镀膜的目标,就是通过材料和工艺的优化,最大限度地减少膜层对激光能量的吸收,并将能量均匀地分散开,从而将损伤阈值提高到应用所需的水平。

HLIDT镀膜是通过什么工艺实现的?

实现HLIDT镀膜绝非易事,它是一项系统工程,涉及材料选择镀膜工艺后处理等多个环节。

实现HLIDT的关键因素:

低吸收材料选择本身对特定激光波长吸收极低的材料(如对于红外激光,常用SiO₂, Ta₂O₅, HfO₂等)。

致密的膜层结构:疏松的膜层会有微孔,容易吸附水汽和其他污染物,增加吸收。IBS和IAD工艺能生产出非常致密的膜层。

光滑的界面:膜层之间的界面越光滑,散射损耗越低,局部热点就越少。

洁净的环境:镀膜过程中的任何微量污染物(灰尘、油污)都会成为损伤的起始点,因此超高真空和超净环境是必须的。

其中,有三种镀膜工艺可以实现高激光损失阈值。

我们一个一个来看:

电子束蒸发(E-beam Evaporation)过程:在高真空环境中,用电子束轰击并加热镀膜材料(如氧化物、氟化物),使其熔化、汽化,然后蒸汽向上凝结在精密清洗过的光学元件基底上,形成一层均匀的薄膜。通过控制不同材料的蒸发顺序和厚度,可以制备出多层膜。特点:这是最传统、应用最广泛的镀膜技术。但要获得高LIDT,需要对工艺参数进行精确控制。通常会在镀膜过程中辅以离子源辅助沉积(IAD),用离子束轰击正在生长的膜层,使其结构更致密、更坚固,从而减少缺陷和吸收,显著提高LIDT。离子束溅射(Ion Beam Sputtering, IBS)过程:在高真空环境下,用一股独立的、高度可控的离子束(通常为氩离子)轰击靶材(镀膜材料),将其原子“溅射”出来。这些原子具有较高的动能,会牢固地沉积在光学元件上。特点:这是目前制备最高性能(低损耗、高LIDT)光学镀膜的顶尖工艺。磁控溅射(Magnetron Sputtering)过程:与IBS类似,但利用磁场将电子束缚在靶材表面附近,提高了溅射效率。它可以在常温下进行,因此适用于对温度敏感的基底(如某些塑料或预镀好的元件)。特点:通过精密控制,也能获得具有较高LIDT的优质膜层,在大规模生产中有其优势。

高LIDT镀膜是所有高功率激光系统的“刚需”,只要激光功率高到可能对普通镀膜造成损伤,就必须使用它。

一般用到这种高激光损伤阈值镀膜的都是一些高科技领域。

具体有哪些呢?

科研与大型激光装置:惯性约束核聚变(如美国的NIF装置):这些装置使用世界上最强大的激光器,其光学元件上的镀膜必须能承受难以置信的能量密度。超强超快激光器(如啁啾脉冲放大技术CPA):飞秒、皮秒激光的峰值功率极高,极易损伤光学元件。引力波探测(如LIGO, Virgo): Interferometer(干涉仪)中的反射镜要求具有极低的光学损耗和极高的LIDT,以探测极其微弱的信号。工业加工高功率激光切割、焊接、钻孔:工业级光纤激光器、二氧化碳激光器的功率可达数千瓦至数万瓦,其内部的反射镜、聚焦镜、准直镜必须使用高LIDT镀膜以保证长期稳定运行。激光增材制造(3D打印):同样依赖于高功率激光熔化金属粉末。医疗与美容激光手术(如眼科手术、整形手术):医疗设备中的激光器需要可靠且稳定的输出,高LIDT镀膜确保了光学系统的寿命和患者的安全。美容激光设备(如脱毛、祛斑等)。国防与航空航天激光雷达(LiDAR):用于遥感、测绘和目标识别。定向能武器:如激光反导、反无人机系统,其核心就是高能激光器,对光学镀膜的LIDT要求是顶级的。通信与量子技术:虽然功率不一定极高,但量子计算、精密测量等领域的实验装置往往对光学元件的损耗和稳定性有极端要求,同样需要IBS等工艺制备的高性能镀膜。

简而言之,高激光损伤阈值镀膜是现代激光技术得以向更高功率、更高能量发展的关键基石之一。

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长三角G60激光联盟陈长军转载

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来源:江苏激光联盟

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