近期，中科院上海光機(jī)所高功率激光元件技術(shù)與工程部研究團(tuán)隊與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國工程物理研究院激光聚變研究中心合作，將納秒激光預(yù)處理（Nanosecond laser conditioning, NLC）技術(shù)集成于介質(zhì)膜脈沖壓縮光柵制備的不同工藝階段，有效去除了光柵內(nèi)部的低閾值節(jié)瘤缺陷，提升了光柵元件的抗激光損傷能力。相關(guān)成果以“ Nanosecond laser conditioning of multilayer dielectric gratings for picosecond–petawatt laser systems ” 為題發(fā)表在High Power Laser Science and Engineering。

介質(zhì)膜脈沖壓縮光柵是高能皮秒拍瓦激光系統(tǒng)的核心光學(xué)元件，其損傷問題制約著高能皮秒拍瓦激光系統(tǒng)的極限輸出能力。其中，在光柵制備過程中，鍍膜階段引入的節(jié)瘤缺陷不但會影響光柵的浮雕結(jié)構(gòu)，還會引起其局域電場的增強(qiáng)，是造成光柵元件損傷的誘因之一。

鑒于NLC技術(shù)對傳輸反射鏡及偏振片抗激光損傷能力提升的成功經(jīng)驗，研究團(tuán)隊基于介質(zhì)膜脈沖壓縮光柵的制備工藝特點，將NLC技術(shù)分別應(yīng)用于光柵制備的介質(zhì)膜鍍制和浮雕結(jié)構(gòu)形成之后，以實現(xiàn)對最終成品光柵元件內(nèi)部節(jié)瘤缺陷的有效去除，并深入評估了集成于上述兩個不同工藝階段的NLC技術(shù)誘導(dǎo)的節(jié)瘤噴濺坑的抗激光損傷特性及其對光柵浮雕結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，集成于光柵制備上述工藝階段的NLC技術(shù)，均可有效降低成品光柵元件在納秒激光輻照下的損傷密度，在浮雕結(jié)構(gòu)形成后進(jìn)行NLC對納秒抗激光損傷效果提升更好；在介質(zhì)膜鍍制階段之后采用NLC技術(shù)，有效避免了節(jié)瘤鼓包周圍光柵浮雕結(jié)構(gòu)缺失的同時，其誘導(dǎo)的節(jié)瘤噴濺坑的皮秒損傷閾值相比于節(jié)瘤缺陷提升了~40%，具備更高的皮秒抗激光損傷能力。這項研究為解決大口徑介質(zhì)膜光柵元件低概率節(jié)瘤缺陷損傷問題提供了指導(dǎo)方向。

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圖1 光柵樣品三種不同處理工藝流程示意圖：(a)未預(yù)處理；(b)光柵膜階段預(yù)處理；(c)光柵階段預(yù)處理。三種樣品抗激光損傷能力對比：(d)納秒損傷密度對比；(e)皮秒損傷閾值對比。

該項研究得到了國家重大專項的支持。

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1017/hpl.2023.74