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红外干扰系统利用激光能量高度集中的特点对红外精确制导武器构成极大威胁,红外探测器受到高能激光的辐照而过饱和失效。目前西方军事强国也都已经装备了大批各式激光干扰装备,因此展开激光定向防护的相关研究工作形势十分紧迫。钒氧化物具备在相变点附近由半导体相到金属相的可逆相转变,并且伴随相变过程会有特殊的光电现象发生。其中VO2的68℃的相变点最接近室温,因此应用前景最为广泛,目前已经在诸多领域投入实用。VO2可以经热致相变、电致相变及光致相变等多种激励方式实现相转变,且在相变后,由对红外光高透转为低透,因此具备军事应用价值。本文正是在这样的背景下,结合VO2的特殊相变特性,我们将其作为激光防护材料,围绕其对定向红外激光的防护性能展开研究。本文首先介绍了课题的研究背景,对VO2进行了较为详细的介绍,包括相变理论、诱导其相变的几种方式、典型应用及其国内外的研究现状等。并从原理、设备和具体的操作流程等方面对磁控溅射和分子束外延两种薄膜制备方法做了详细介绍。同时还对文章中用到的X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）等表征薄膜质量的手段进行了介绍。利用氧源分子束外延法在Al2O3基底上制备了多组厚度不同的VO2纳米薄膜,并对其进行了XRD、紫外-可见光-红外（VU-Vis-IR）分光光度计和AFM表征。表征结果显示薄膜XRD图上在2θ=40°和2θ=42°出现两个明显的衍射峰,前者对应的衍射方向是VO2的（020）取向,后者则是蓝宝石Al2O3的（0006）取向,XRD图中未出现其他衍射杂峰,说明制备的VO2薄膜纯度极高;原子力显微镜AFM表征的结果表明了薄膜表面为平整致密的纳米簇,计算得到其均方根值只有0.38nm;紫外-可见光-红外分光光度计在25℃和90℃两个温度条件下对VO2薄膜进行光谱扫描,结果显示,在近紫外和可见光范围内两个温度条件下薄膜的透过率几乎没有差别,从750nm到2400nm范围内,90℃条件下薄膜的透过率比25℃条件下有明显衰减,说明制备的薄膜具备相变特性。采用外加热源辅助薄膜相变,得到30nm和40nm厚薄膜的相变温度约在45℃和49℃,这比一般报道的68℃的相变温度低了很多。建立了脉冲激光辐照薄膜的物理模型,并基于COMSOL热传导模块计算了入射激光的功率密度、薄膜的基底厚度、薄膜的初始温度等因素对薄膜达到相变点时间的影响。结果表明在一定范围内加大激光功率密度可以有效缩短薄膜相变发生的时间,但是相变时间和功率密度并非呈线性关系,而是类似于指数函数衰减;薄膜的相变时间和薄膜初始温度呈线性衰减关系;在入射激光功率密度200W/mm2时,薄膜中心温度达到相变点的时间为微秒级,而当入射激光功率密度扩大为5000 W/mm2时,基底厚度为0.15 mm、0.3 mm、0.5 mm的薄膜辐照中心达到相变温度的时间分别为157 ns、250 ns和455 ns。基于泵浦探针法对不同厚度薄膜的相变特性做了具体的探究。以功率在8W～30W之间可调的10.6μm连续CO2激光作为泵浦光,以近红外1064nm和中红外3459nm纳秒脉冲激光作为探针光,对厚度分别为20nm、40nm和60nm的三组薄膜进行了辐照实验,主要探究VO2薄膜在受激光辐照过程中对探针光的透过率和反射率的变化情况与薄膜厚度、激光波长以及辐照时间等因素之间的关系。得到实验结论:⑴利用分子束外延法制备的纳米级VO2薄膜表面平整致密,相变前后对入射激光均为镜面反射;⑵薄膜对1064nm探针光的相变特性没有对3459nm探针光相变特性显著;⑶薄膜厚度的增加会降低相变前透过率,但是对相变后透过率降低更为明显,因此一定范围内增加厚度可以提高其相变调制特性;⑷薄膜在相变前后对10.6μm连续CO2激光始终保持几乎不透。