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仪表网 研发快讯】近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光元件技术与工程部和上海理工大学合作，在激光预处理技术提升多层介质膜皮秒抗激光损伤性能方面取得新进展，相关成果分别以“Effects of laser conditioning with different pulse widths on picosecond laser-induced damage resistance in HfO2/SiO2 high-reflectivity coatings”和“500 ps激光预处理多层介质高反膜在皮秒激光下的损伤特性研究”为题分别发表于Optical Material Express和中国激光。
基于多层介质膜的终端反射镜及脉冲压缩光栅的皮秒抗激光损伤能力限制着高能皮秒拍瓦激光系统的最终输出能力，然而通过进一步优化制备工艺来提高多层介质膜皮秒抗激光损伤能力仍面临显著挑战。鉴于现阶段多层介质膜制备工艺优化的困境，考虑快点火应用对多层介质膜~10ps工作脉宽的需求，团队提出利用激光预处理技术调控诱导皮秒激光损伤的纳米缺陷的思路，并优化激光预处理工艺参数，实现了多层介质膜皮秒抗激光损伤能力的有效提升。
团队分别采用10 ns、800 ps、500 ps 和 250 ps脉宽激光对多层介质膜进行处理，发现500 ps激光预处理对多层介质膜在~10 ps激光辐照下的激光损伤阈值(LIDT)提升~12%，但其他脉宽预处理的多层介质膜LIDT 变化不明显。分析表明500 ps 激光预处理所产生适宜的晶格温度，调控优化了缺陷能级，进而降低了缺陷初始自由电子在后续~10ps激光辐照下的迁移概率，最终提升了其皮秒LIDT。团队还进一步验证了500 ps 激光预处理多层介质膜在1-20 ps脉宽范围的抗激光损伤能力，结果表明其LIDT提升效果随脉宽增加而增强，这进一步证实了激光预处理调控的对象主要是对皮秒损伤敏感的局域纳米缺陷。该研究为光学元件皮秒抗激光损伤能力提升技术及缺陷调控机制研究提供新参考。
相关研究得到了国家重大专项支持。
图 1 未预处理及预处理样品的LIDT统计结果
图 2 激光预处理对缺陷态电子及能级影响的简化模型(a)未预处理、(b) 激光预处理中和(c)激光预处理后缺陷态电子及能级
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