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上海光机所激光薄膜“生长性”损伤问题研究获进展

上海光机所激光薄膜“生长性”损伤问题研究获进展

  近期,中国科学院上海光学精密机械研究所激光薄膜“生长性”损伤问题研究取得新进展,中科院强激光材料重点实验室提出面向凹坑型缺陷的“缝合”技术,以及基于电子束双源共蒸的渐变界面多层膜技术,并通过实验证明能大幅度提高抗激光损伤阈值。

  幸运飞艇科研人员利用飞秒激光加工技术获得不同尺寸的坑点(直径:2-9μm,深度:0.2-0.6μm),定量化实验研究了基底表面不同尺寸的坑点对NdYAG激光基频波长高反射薄膜元件抗激光损伤性能的影响;为有效抑制凹坑型缺陷导致的微裂纹及电场和应力增强,科研人员提出了面向基底表面凹坑型缺陷的“缝合”技术,将坑点上基频反射膜层的损伤阈值从~20J/cm2提升至~80J/cm2;针对分层剥落的损伤问题,提出基于电子束双源共蒸的渐变界面多层膜技术,解决了传统多层膜中离散界面引起的诸多问题,将三倍频反射膜的本征损伤阈值提升两倍以上。

  相关成果发表在国际期刊《科学报告》[Scientific Reports, 6, 27076(2016)]和《光学快报》[Optics Letters 41, 15, 3403-3016(2016);Optics Letter 41, 6, 1253-1256(2016)]上。

  目前,应用高功率激光系统的反射膜元件的功能性损伤阈值受限于一类“生长性”损伤点。在多个脉冲的激光辐照下,这类损伤点的横向尺寸和纵向深度会不断增大,最终导致元件无法使用。2013幸运飞艇10NIF官网(NIF Status Update)报道的NIF装置对传输反射镜的更换,也正是因为传输反射镜在使用过程中出现了这类损伤点。介质膜元件的“生长性”损伤问题是近年来薄膜损伤研究的热点之一。初步研究结果表明:基底表面的结构性缺陷是引起“生长性”损伤点的主要源头之一,其典型的初始损伤形貌为分层剥落伴随大面积的等离子体烧蚀。然而,基底表面结构性缺陷对反射膜元件损伤阈值的影响仍缺乏定量研究,抑制基底表面结构性缺陷对反射膜元件损伤阈值影响的技术途径尚未明确。该研究进展为抑制反射膜“生长性”损伤点,进一步提升薄膜元件的抗激光损伤能力提出了新的方向。

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  凹坑型缺陷“缝合”技术示意图:没有(a)和有(b)“缝合”层的多层膜样品示意图;(c)“缝合”技术对基频反射膜抗激光损伤阈值的提升效果。