为了探究在脉冲激光辐照VO2薄膜过程中, 影响薄膜相变响应时间的因素, 基于COMSOL对辐照过程进行仿真计算.建立辐照VO2薄膜的物理模型, 并设置模型的边界条件, 利用红外脉冲激光辐照三组通过分子束外延法制备的VO2薄膜, 间接得到了薄膜平均吸收率, 并将吸收率实验数据带入计算模型中.在仿真计算中, 考虑了激光的功率密度.薄膜基底厚度和薄膜初始温度等因素对仿真结果的影响.实验结果表明：增大激光功率密度和初始温度.减小基底厚度均可缩短薄膜辐照中心相变时间, 并且相变时间和激光功率密度呈指数衰减趋势.5 000 W/mm2的激光辐照基底厚度分别为0.15 mm、0.3 mm、0.5 mm的三组VO2薄膜, 达到相变的时间分别为157 ns、250 ns、455 ns, 相变时间随薄膜初始温度升高线性减小.在入射激光功率不明确时, 可以通过给VO2薄膜施加一个接近相变点的偏置温度,适当控制薄膜基底厚度等来缩短相变时间, 这对VO2薄膜防护激光干扰中相变响应时间的相关研究具有一定的借鉴意义.

为研究纳秒激光作用下的VO2薄膜的相变特性, 采用泵浦-探测技术进行实验。首先, 利用直流磁控溅射法制备VO2薄膜, 经X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)分析表明样品质量较高。然后, 测量VO2薄膜在波长532 nm处的透过率随温度的变化情况, 发现透过率随温度升高由32%上升到37%, 与红外波段完全相反。在此基础上, 选择1 064 nm泵浦光和532 nm探测光研究激光参数中能量密度和重频对VO2薄膜相变特性的影响, 同时结合ANSYS有限元软件对纳秒激光作用下VO2薄膜的单脉冲温升情况进行分析。结果表明: VO2薄膜在大于30 mJ/cm2的纳秒激光能量密度作用下, 单脉冲温升可达相变温度, 最小相变响应时间在14 ns左右。进一步提高纳秒激光能量密度, 其相变响应时间略有增加但变化不大。在100 Hz以内改变纳秒激光重频对VO2薄膜的相变响应基本无影响。VO2薄膜的相变恢复时间随着纳秒激光能量密度的增大而呈自然指数增加, 其变化过程与基底材料和纳秒激光参数密切相关。因此, 可以通过优化VO2薄膜基底材料参数提高其激光防护效果。