上海光機所在激光損傷動力學時域調控方面取得進展

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光物理聯合實驗室在皮秒時域整形雙脈沖用于缺陷激發與損傷調控方面取得進展，相關成果以“Modulation of laser damage by temporal shaping of double picosecond pulses”為題發表在Optics Letters上。

慣性約束聚變高功率激光驅動器裝置輸出能量嚴重受限于核心光學元件的激光損傷問題。深入理解損傷機理和探索一種提升抗損傷性能的新原理是解決激光損傷瓶頸問題的關鍵途徑。表面和亞表面缺陷是激光損傷的誘因，缺陷誘致損傷與激光功率密度和能量密度密切相關，兩者通過時域脈沖形狀相聯系，脈沖時域整形技術將為損傷動力學和機理研究提供更加豐富、有效的技術和方法。研究團隊利用雙脈沖時域整形實現了前驅體激發和損傷動力學的靈活調控。時域整形脈沖序列對于精確調控損傷動態來提高光學元件抗激光損傷能力具有潛在的應用前景。

圖1. （a）損傷閾值隨脈沖序列形狀因子變化的關系曲線。（b）在不同形狀脈沖序列的閾值處，探測光通量與泵浦光通量的關系曲線。

圖2.不同形狀因子脈沖序列對樣品前表面損傷形貌的調控結果

圖3.損傷閾值調控性能隨雙脈沖延遲的變化曲線

圖4.紫外納秒雙脈沖時域整形對損傷形貌的調控作用

實驗結果表明，光學元件表面損傷閾值和形貌都受到了皮秒脈沖序列整形的顯著調制。斜升型的脈沖序列有效地提高了損傷閾值，同時將損傷點密度降低了50%，表明優化通量的泵浦脈沖對損傷前驅體具有很強的抑制作用。通過改變泵浦-探測脈沖間隔，實驗揭示了前驅體激發和損傷調制的時間演化規律�；�于自由電子密度弛豫和熱擴散理論，討論分析了激光脈沖對損傷前驅體的積極改性機制和動力學過程。

研究表明，納秒雙脈沖時域整形對熔石英元件后表面損傷閾值和形貌同樣有著重要的調控作用。相關研究成果以“Effect of dual-pulse temporal shaping on ultraviolet nanosecond laser damage of fused silica surface in high fluence regime”為題發表于Photonics。

激光脈沖序列具備時域、峰值功率密度、能量密度、偏振等多維度精密控制能力，從而能夠有效調控激光燒蝕電子動力學和熱力學過程及其效應，為開展缺陷誘致激光損傷機理研究提供了新的技術手段，為解決高功率激光系統損傷瓶頸問題提供新的思路和途徑，具有重要研究意義和應用價值。

相關工作得到了國家自然科學基金、中科院先導專項課題、中科院青年創新促進會等項目的支持。

原文鏈接：https://opg.optica.org/ol/fulltext.cfm?uri=ol-47-15-3856&id=481948