近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室在皮秒時(shí)域整形雙脈沖用于缺陷激發(fā)與損傷調(diào)控方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果以“Modulation of laser damage by temporal shaping of double picosecond pulses”為題發(fā)表在Optics Letters上。

慣性約束聚變高功率激光驅(qū)動(dòng)器裝置輸出能量嚴(yán)重受限于核心光學(xué)元件的激光損傷問題。深入理解損傷機(jī)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(guān)鍵途徑。表面和亞表面缺陷是激光損傷的誘因，缺陷誘致?lián)p傷與激光功率密度和能量密度密切相關(guān)，兩者通過時(shí)域脈沖形狀相聯(lián)系，脈沖時(shí)域整形技術(shù)將為損傷動(dòng)力學(xué)和機(jī)理研究提供更加豐富、有效的技術(shù)和方法。研究團(tuán)隊(duì)利用雙脈沖時(shí)域整形實(shí)現(xiàn)了前驅(qū)體激發(fā)和損傷動(dòng)力學(xué)的靈活調(diào)控。時(shí)域整形脈沖序列對(duì)于精確調(diào)控?fù)p傷動(dòng)態(tài)來提高光學(xué)元件抗激光損傷能力具有潛在的應(yīng)用前景。

圖1. （a）損傷閾值隨脈沖序列形狀因子變化的關(guān)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(guān)系曲線。

圖2.不同形狀因子脈沖序列對(duì)樣品前表面損傷形貌的調(diào)控結(jié)果

圖3.損傷閾值調(diào)控性能隨雙脈沖延遲的變化曲線

圖4.紫外納秒雙脈沖時(shí)域整形對(duì)損傷形貌的調(diào)控作用

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，光學(xué)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(diào)制。斜升型的脈沖序列有效地提高了損傷閾值，同時(shí)將損傷點(diǎn)密度降低了50%，表明優(yōu)化通量的泵浦脈沖對(duì)損傷前驅(qū)體具有很強(qiáng)的抑制作用。通過改變泵浦-探測脈沖間隔，實(shí)驗(yàn)揭示了前驅(qū)體激發(fā)和損傷調(diào)制的時(shí)間演化規(guī)律。基于自由電子密度弛豫和熱擴(kuò)散理論，討論分析了激光脈沖對(duì)損傷前驅(qū)體的積極改性機(jī)制和動(dòng)力學(xué)過程。

研究表明，納秒雙脈沖時(shí)域整形對(duì)熔石英元件后表面損傷閾值和形貌同樣有著重要的調(diào)控作用。相關(guān)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(fā)表于Photonics。

激光脈沖序列具備時(shí)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(diào)控激光燒蝕電子動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)過程及其效應(yīng)，為開展缺陷誘致激光損傷機(jī)理研究提供了新的技術(shù)手段，為解決高功率激光系統(tǒng)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(yīng)用價(jià)值。

相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金、中科院先導(dǎo)專項(xiàng)課題、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的支持。

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