同济大学精密光学工程技术研究所马彬教授等人通过近地空间辐照模拟实验研究了在质子辐照、原子氧辐照、空间碎片撞击三种空间环境因素单独和耦合作用下，对HfO2/SiO2三波段高反膜和熔融石英基板的激光损伤阈值和损伤演化规律的影响机制。研究结果初步阐明了近地空间环境下透射元件的激光损伤性能衰退机制，为推动抗空间辐射高损伤阈值光学元件的研制提供了支撑。
在近地空间环境下，激光雷达系统最前端的透射型窗口元件直接暴露在外，其性能稳定性和使用寿命受到外部空间环境的影响显著降低。对于透射型窗口元件，一旦在元件表面出现易于导致激光损伤的诱因，透射元件将在后续高能量脉冲激光作用下诱导破坏、逐渐生长、并最终导致整个系统性能失效。而掌握近地空间环境对透射元件的作用机制、明确导致激光损伤的诱因、获得使用寿命衰退的规律，可指导抗空间辐射薄膜元件制备工艺的优化和空间使用条件的改善。
基于以上背景分析，马彬教授等人通过近地空间辐照模拟实验研究了在质子辐照、原子氧辐照、空间碎片撞击三种空间环境因素单独和耦合作用下，对HfO2/SiO2三波段高反膜和熔融石英基板的激光损伤阈值和损伤演化规律的影响机制。对于高反膜样品，经质子、原子氧辐照和模拟空间碎片（Penetration）后损伤阈值分别降低了15.38%、13.12%、46.80%，前两者耦合辐照降低了26.93%，三者耦合作用降低了63.19%。明确了单一空间环境因素和耦合空间环境因素对损伤阈值的影响规律。
(a) (b)
图1（a）高反射膜在单一空间环境因素作用下的激光损伤阈值（LIDT）对比，(Without代表未经辐照)；（b）高反射膜在耦合空间环境因素作用下的激光损伤阈值A:质子与原子氧耦合作用；B：质子与贯穿耦合作用；C：原子氧与贯穿耦合作用；D：质子、原子氧与贯穿耦合作用
发展高空间分辨、弱吸收源识别的激光损伤原位测量技术，利用原位显微和光热吸收等技术表征透射元件受空间辐照区域的微纳破坏结构和光热吸收特性。
图2.三波段高反射薄膜在质子和原子氧辐照前后的表面形貌图。(a)质子辐照前；(b)质子辐照后；(c)原子氧辐照前；(d)原子氧辐照后
最后，模拟了质子和原子氧在特定角度入射至靶材中的传输轨迹、浓度分布定量分析，辅助研究了空间辐照对高反膜的损伤衰退机制。
图3 SRIM模拟质子浓度和原子氧在膜层内的分布。(a)质子；(b)原子氧
研究内容和研究结果有助于深化空间用透射元件激光损伤诱因和作用机理的认识，明确近地空间辐照对元件激光损伤性能和使用寿命的影响，推动抗空间辐射高损伤阈值透射元件制造水平的进步，为我国低重频、大功率脉冲激光器以及星载激光雷达的快速发展提供支撑。
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