近期，中科院上海光機所高功率激光元件技術與工程部研究團隊與中國科學技術大學、中國工程物理研究院激光聚變研究中心合作，將納秒激光預處理（Nanosecond laser conditioning, NLC）技術集成于介質膜脈沖壓縮光柵制備的不同工藝階段，有效去除了光柵內部的低閾值節(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。

介質膜脈沖壓縮光柵是高能皮秒拍瓦激光系統(tǒng)的核心光學元件，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構，還會引起其局域電場的增強，是造成光柵元件損傷的誘因之一。

鑒于NLC技術對傳輸反射鏡及偏振片抗激光損傷能力提升的成功經驗，研究團隊基于介質膜脈沖壓縮光柵的制備工藝特點，將NLC技術分別應用于光柵制備的介質膜鍍制和浮雕結構形成之后，以實現對最終成品光柵元件內部節(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技術誘導的節(jié)瘤噴濺坑的抗激光損傷特性及其對光柵浮雕結構的影響。結果表明，集成于光柵制備上述工藝階段的NLC技術，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，在浮雕結構形成后進行NLC對納秒抗激光損傷效果提升更好；在介質膜鍍制階段之后采用NLC技術，有效避免了節(jié)瘤鼓包周圍光柵浮雕結構缺失的同時，其誘導的節(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膜光柵元件低概率節(jié)瘤缺陷損傷問題提供了指導方向。

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圖1 光柵樣品三種不同處理工藝流程示意圖：(a)未預處理；(b)光柵膜階段預處理；(c)光柵階段預處理。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。

相關鏈接：https://doi.org/10.1017/hpl.2023.74