自第一台激光器诞生以来,激光技术的发展一直推动着光学元器件的发展。在诸多的光学元器件之中,薄膜元件是关键器件之一。近年来,激光器的快速发展更是为光学薄膜带来了前所未有的机遇与挑战。激光系统对光学薄膜的性能要求主要包括:光谱性能、损伤阈值和面形精度。此外,对于一些特殊使用环境的系统而言,还要求薄膜元件具有良好的环境耐受性。高性能激光薄膜的研制是一项系统的工程,涉及从基底加工、清洗、镀膜、后处理、检测到包装运输等一系列环节。任何一个环节都至关重要,并且都需要相应的硬件设施和技术支撑。目前,我们已经逐步具备了从基片加工到成品元件检测流程线的硬件条件。在这些硬件设施的支撑下,针对激光系统对薄膜元件提出的性能要求,包括光谱性能、损伤阈值、面形精度、环境耐受性要求等,结合基片加工、镀膜、后处理等几个方面开展了系统的研究工作。优良的膜系设计是获得理想光谱性能的前提。与一般的光学薄膜元件不同,高性能激光薄膜的膜系设计除了考虑光谱性能要求之外,还需兼顾损伤阈值和面形精度要求。因此,课题组发展了一套涉及光谱、驻波场、温度场和应力场的高功率激光薄膜综合设计方法。提高薄膜元件抗激光损伤阈值的第一步是厘清诱导激光损伤的源头。我们借助多种微观结构表征手段对薄膜及其损伤形貌进行了分析,结果表明:各种类型的缺陷是诱导薄膜激光损伤的源头。这些缺陷包括来源于基底加工、镀膜,以及后续过程引入的各种类型的缺陷。鉴于缺陷诱导激光薄膜的损伤机制,从两个方面提升薄膜元件的损伤阈值:一、结合"低亚表面缺陷"基底加工技术和低缺陷膜层沉积技术,最大限度地抑制缺陷密度;二、结合低吸收膜层沉积技术和后处理技术提升缺陷点的抗激光损伤能力。控制薄膜元件面形精度的重点在于基片加工和膜层应力控制两个方面。在基片加工方面,采用确定性环抛、低波纹度数控抛光,结合保形光顺的加工技术路线,实现了对基片PV、GRMS和PSD等波面质量指标的有效控制。在膜层应力控制方面,采取薄膜应力实时监控技术揭示了薄膜沉积应力的演化过程及其随沉积工艺参数变化的科学规律,实现膜层应力的可控。结合膜层应力匹配设计和应力控制技术解决膜层应力引起大尺寸偏振膜膜层龟裂的技术问题,实现了对角线尺寸达900 mm的偏振膜元件的制备。基于上述工作,研制的薄膜元件在高功率激光、超短超快激光和空间激光等领域得到了良好的应用。