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连续波激光辐照下氧化钒薄膜 热致相变实验研究 骆永全王伟平罗飞 (中国工程物理研究院流体物理研究所，四川绵阳621900) 摘要用磁控离子溅射法在玻片上沉积了氧化钒薄膜，并进行了x射线衍射(xRD)和常温下光 谱透过率测量。用1．319Pro连续波激光辐照样品，实时测量了氧化钒薄膜的温度变化，以及由于温度 变化引起相变后对激光透过率的变化。结果表明，入射到薄膜表面的平均功率密度为283W／cm、光斑 ℃，薄膜发生了相变’，其对1．319岫激光的透过率从相变前的63％降为相变后的30％。介绍了氧化钒 薄膜的相变原理以及在激光防护中的可能应用。 关键词激光防护；光限幅；氧化钒薄膜；相变 一、引 言 随着激光技术的迅速发展，激光对人眼以及光电传感器形成了较大的威胁，为了应 对这些现实的威胁，各种激光防护技术随之出现。其中基于热致相变原理的氧化钒薄膜 受到了广泛地关注，氧化钒在某一温度附近会发生结构性的热致可逆相变，同时伴随晶 体结构变化的还有光学以及电磁学性质的变化，相交前后的电导率、光吸收、磁化率及 现象后，人们对这种材料在光学、电磁学方面的性质以及应用进行了大量的研究。目前， 人们正尝试将这一材料作为热触发式光开关，利用激光与氧化钒材料相互作用引起的热 效应使其相变，从而实现激光防护嵋1。 氧化钒薄膜的相变原理 从理论上来说，在68℃附近，V02会从处于半导体相的单斜晶格结构变为金属相的 四方晶格结构。在低于相变温度时，V02处于同氧化钼类似的单斜晶格结构，表现为半 导体相，具有高的红外透过率；当高于相变温度时。V02处于类似于氧化钛的四方晶格 结构，呈金属态，具有低的红外透过率。v205在257℃左右能发生从半导体相到金属相 的转变。相变前后V。Os薄膜的电阻率可以发生几个数量级的变化，同时伴随光学特性的 的氧的成分，其相交温度较高且在常温下对同一波长的红外透过率也更高一些∞’。在从 低温到高温的过程中，几种钒的氧化物表现出结构性的变化。但在这个过程中并没有发 生广泛的原子的重新排列，只是初始原子群的轻微的畸变¨’。这种变化迅速且可逆，伴 随着结构的变化，其相变前后的红外透过率也将发生较大的变化。 三、氧化钒薄膜的制备及其常温下的光学性质 玻片上，然后使用X射线衍射仪和轮廓仪分别对氧化钒薄膜的晶态结构和几何厚度进行 vo m 娜 000) 姗 鼬 m ％o,oto) 一．Aouh-啊-叠●-口H m 蛳 。j_ ■■ ■，_叮．h。山L一～一 ． ∞．oN●屯O∞ 2The ta[deId (a)V02薄膜 (b)V205薄膜 图l V02和V205薄膜的XRD谱 长光的透过率分别为47％和63％。 800 m4500Ⅻ1000120014001t10n1Ⅻ2∞Zm 枷∞O 1∞D 0∞ 1400●●∞1咖篁∞Za∞ ^炯m ^，nm (a)V02薄膜 (b)V205薄膜 图2常温下V02和V205薄膜光谱透过率曲线 四、连续波激光辐照下氧化钒薄膜热致相变实验及分析 一112一 验研究，动态测量了激光辐照过程中薄膜样品透过率和温度的变化情况。实验光路如图 3所示。 图3激光辐照氧化钒薄膜实验示意图 图4入射激光波形 实验中用同步控制机触发激光器、热像仪和示波器同时工作，以保证时间上的一致 性