上海光机所在提升脉冲压缩光栅皮秒抗激光损伤性能方面取得进展

近期，中科院上海光机所高功率激光元件技术与工程部研究团队与中国科学技术大学、中国工程物理研究院激光聚变研究中心合作，将纳秒激光预处理（Nanosecond laser conditioning, NLC）技术集成于介质膜脉冲压缩光栅制备的不同工艺阶段，有效去除了光栅内部的低阈值节瘤缺陷，提升了光栅元件的抗激光损伤能力。相关成果以“ Nanosecond laser conditioning of multilayer dielectric gratings for picosecond–petawatt laser systems ” 为题发表在High Power Laser Science and Engineering。

介质膜脉冲压缩光栅是高能皮秒拍瓦激光系统的核心光学元件，其损伤问题制约着高能皮秒拍瓦激光系统的极限输出能力。其中，在光栅制备过程中，镀膜阶段引入的节瘤缺陷不但会影响光栅的浮雕结构，还会引起其局域电场的增强，是造成光栅元件损伤的诱因之一。

鉴于NLC技术对传输反射镜及偏振片抗激光损伤能力提升的成功经验，研究团队基于介质膜脉冲压缩光栅的制备工艺特点，将NLC技术分别应用于光栅制备的介质膜镀制和浮雕结构形成之后，以实现对最终成品光栅元件内部节瘤缺陷的有效去除，并深入评估了集成于上述两个不同工艺阶段的NLC技术诱导的节瘤喷溅坑的抗激光损伤特性及其对光栅浮雕结构的影响。结果表明，集成于光栅制备上述工艺阶段的NLC技术，均可有效降低成品光栅元件在纳秒激光辐照下的损伤密度，在浮雕结构形成后进行NLC对纳秒抗激光损伤效果提升更好；在介质膜镀制阶段之后采用NLC技术，有效避免了节瘤鼓包周围光栅浮雕结构缺失的同时，其诱导的节瘤喷溅坑的皮秒损伤阈值相比于节瘤缺陷提升了~40%，具备更高的皮秒抗激光损伤能力。这项研究为解决大口径介质膜光栅元件低概率节瘤缺陷损伤问题提供了指导方向。

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图1 光栅样品三种不同处理工艺流程示意图：(a)未预处理；(b)光栅膜阶段预处理；(c)光栅阶段预处理。三种样品抗激光损伤能力对比：(d)纳秒损伤密度对比；(e)皮秒损伤阈值对比。

该项研究得到了国家重大专项的支持。

相关链接：https://doi.org/10.1017/hpl.2023.74