【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光元件技術與工程部和上海理工大學合作，在激光預處理技術提升多層介質膜皮秒抗激光損傷性能方面取得新進展，相關成果分別以“Effects of laser conditioning with different pulse widths on picosecond laser-induced damage resistance in HfO2/SiO2 high-reflectivity coatings”和“500 ps激光預處理多層介質高反膜在皮秒激光下的損傷特性研究”為題分別發表于Optical Material Express和中國激光。
基于多層介質膜的終端反射鏡及脈沖壓縮光柵的皮秒抗激光損傷能力限制著高能皮秒拍瓦激光系統的最終輸出能力，然而通過進一步優化制備工藝來提高多層介質膜皮秒抗激光損傷能力仍面臨顯著挑戰。鑒于現階段多層介質膜制備工藝優化的困境，考慮快點火應用對多層介質膜~10ps工作脈寬的需求，團隊提出利用激光預處理技術調控誘導皮秒激光損傷的納米缺陷的思路，并優化激光預處理工藝參數，實現了多層介質膜皮秒抗激光損傷能力的有效提升。
團隊分別采用10 ns、800 ps、500 ps 和 250 ps脈寬激光對多層介質膜進行處理，發現500 ps激光預處理對多層介質膜在~10 ps激光輻照下的激光損傷閾值(LIDT)提升~12%，但其他脈寬預處理的多層介質膜LIDT 變化不明顯。分析表明500 ps 激光預處理所產生適宜的晶格溫度，調控優化了缺陷能級，進而降低了缺陷初始自由電子在后續~10ps激光輻照下的遷移概率，最終提升了其皮秒LIDT。團隊還進一步驗證了500 ps 激光預處理多層介質膜在1-20 ps脈寬范圍的抗激光損傷能力，結果表明其LIDT提升效果隨脈寬增加而增強，這進一步證實了激光預處理調控的對象主要是對皮秒損傷敏感的局域納米缺陷。該研究為光學元件皮秒抗激光損傷能力提升技術及缺陷調控機制研究提供新參考。
相關研究得到了國家重大專項支持。
圖 1 未預處理及預處理樣品的LIDT統計結果
圖 2 激光預處理對缺陷態電子及能級影響的簡化模型(a)未預處理、(b) 激光預處理中和(c)激光預處理后缺陷態電子及能級
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