随着人们对未知世界探索脚步的迈进,不断有新的需求和问题出现,为了支撑这些需求并解决这些问题,对各种新型功能材料的研发日益紧迫。这其中,具有多种物相结构、在不同外界刺激下能够产生半导体-金属相变的二氧化钒（VO₂）,尤其是其薄膜材料一直吸引着众多科研人员的目光。VO₂材料的超快相变特性及其相变前后巨大的光学和电学性能差异使其在民用、军事等诸多领域有着广阔的应用前景。但是,VO₂尚未明了的相变机理及其在实际应用中由于材料本身性能不够完善而导致的诸多问题都亟需解决。如何采用更为高效的制备及研究手段来探究VO₂的相变机制并推动其在多领域的应用是本文主要的关注点。本文探究了具有不同晶相VO₂薄膜的激光诱导相变特性,并对其在激光防护领域的应用做了初步探索,主要内容包括以下几个方面:首先是对制备方法的探索。通过磁控溅射法和脉冲激光沉积法分别在Al₂O₃蓝宝石和SrTiO₃钛酸锶（STO）衬底上生长具有不同晶相的VO₂薄膜及其多层膜结构,包括M相、B相VO₂单层膜以及M相VO₂基多层膜,并在磁控溅射法基础上进行了薄膜材料高通量制备探索,以膜厚和掺杂浓度为变量,获得了具有连续梯度变化和间隔梯度变化的薄膜样品,以期提高材料研究效率。随后结合时间分辨飞秒泵浦激光测试系统研究VO₂（M）薄膜的激光诱导相变特性,并与其热致相变特性比较,探究其相变机制的异同。发现两种诱导相变的方式可以达到相同的相变效果,就透过率而言,两种相变前后变化差异相同;激光诱导相变时间在1ps以内,具有超快相变的特性,且相变时间不受掺杂和膜层厚度变化的影响。但是,经过计算发现诱导激光产生的热效应远远低于热致相变所需的温度变化,同时,通过对不同厚度及掺杂浓度薄膜的相变性能比较,两种机制下变化规律也不尽相同,从而推断出在VO₂相变过程中,热和激光的刺激对其结构相变和性质相变影响不同,两种相变诱导机制在原理上有着很大差异,两种变化存在不同的阈值。为了拓展VO₂薄膜的应用场景,探究了其在低温环境下的相变特性,完善了VO₂材料的一些基础物理性质。利用脉冲激光沉积法在STO（100）衬底上外延生长了VO₂（B）薄膜,探究了其光学性质,包括室温光学常数、高低温透过率变化及其光学热滞回线。利用飞秒脉冲激光在80K低温下诱导VO₂（B）薄膜和VO₂（M）薄膜相变,发现温度对其相变阈值有一定影响,但远低于温度变化导致的热需求,因而进一步证实不同形式诱导引起相变的机制不同。最后利用VO₂对于强激光的限幅性和电阻变化特性,将其作为相变防护材料和光电开关,提出一种能针对不同强度激光做出相应防护措施的智能激光防护结构,有望实现对所有强度激光的智能防护;根据初步设计的VO₂基多层膜激光防护结构,以磁控溅射法进行了膜层制备,并且对所得的防护膜层进行透过率变化测试,所得膜层在相变前特定波段透过率达80%以上,相变后透过率在1%以下,开关比达到100倍以上,有望实现对特定波段致盲激光的有效防护。