超強激光科學卓越創(chuàng)新簡報

(第四百九十三期)

2024年3月22日

上海光機所在利用不同激光損傷測試協(xié)議評估薄膜光學元件抗激光損傷性能方面取得新進展

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研究團隊，在利用不同激光損傷測試協(xié)議評估532nm薄膜偏振片的抗激光損傷性能和損傷機制方面取得新進展。相關成果以“Nanosecond laser damage of 532?nm thin film polarizers evaluated by different testing protocols”為題發(fā)表在Optical Materials。

薄膜偏振片可透過P偏振光，反射S偏振光，在高功率激光系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。1064 nm薄膜偏振片通常在大型激光系統(tǒng)中用作光學開關和光學隔離器，如美國國家點火裝置（NIF）、OMEGA EP激光系統(tǒng)、Laser Megajoule和SG II-UP裝置。但隨著高功率短波激光器的發(fā)展，為解決短波薄膜光學元件抗激光損傷能力有限的問題，引入了偏振光束合束技術，但是二次諧波和三次諧波偏振片的激光損傷評估也至關重要。

目前，激光損傷測試協(xié)議主要有1-on-1、S-on-1、Raster scan、R-on-1和N-on-1。1-on-1激光損傷測試是對樣品上的每個測試點施加單脈沖激光，研究光學元件初始損傷形貌。S-on-1激光損傷測試是將多個激光脈沖照射到同一個測試點，評估光學元件在長期使用下的累積效應和壽命。Raster scan激光損傷測試是以相同能量密度掃描樣品1 cm²區(qū)域，可用來探測膜層中分立的低密度缺陷。當樣品的可測試區(qū)域有限時，可以選擇R-on-1激光損傷測試來確定損傷閾值，該測試方法使用逐級遞增的激光能量密度照射同一測試點。減少激光能量密度臺階數(shù)可將R-on-1測試簡化為N-on-1測試。使用不同的激光損傷測試協(xié)議有助于發(fā)掘薄膜光學元件的損傷來源、確定薄膜失效的潛在機制，對薄膜光學元件制備過程的改善提供參考。

研究團隊利用1-on-1、S-on-1和Raster scan激光損傷測試協(xié)議對532 nm薄膜偏振片在不同偏振態(tài)下的抗激光損傷性能進行評估。利用電子束蒸發(fā)制備的薄膜偏振片在P偏振光下的損傷閾值顯著低于S光。在P偏振光下，532 nm偏振片的1-on-1和S-on-1零幾率損傷閾值非常接近。通過損傷形貌表征，樣品在P偏振下的損傷主要為由基底與膜層界面的結構缺陷引起的平底坑和由熔石英亞表面損傷引起的貝殼狀損傷，而且這兩種損傷都非常穩(wěn)定。在S偏振光下，S-on-1的損傷閾值低于1-on-1，出現(xiàn)累積效應的影響。其主要的損傷形貌為不完全噴射的節(jié)瘤損傷坑，吸收性缺陷造成的損傷也在多脈沖激光輻照下表現(xiàn)出來。兩種偏振光下的Raster scan零損傷閾值都是最低的，說明對于薄膜偏振片，缺陷密度和膜層質量是影響其抗激光損傷性能的關鍵限制因素。

該研究獲得了中國科學院國際合作局對外合作項目及土耳其科學技術研究理事會的支持。

原文鏈接

圖1. 532 nm薄膜偏振片的激光損傷閾值比較和典型損傷形貌