熔石英光学材料紫外皮秒激光损伤的瞬态特性研究.pdf

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1、第11卷第4期光学与光电技术V01．11，No．42013年8月OPTICS＆OPTOELECTRONICTECHNCILOGYAugust，2013文章编号：1672—3392(2013)04—0008—04熔石英光学材料紫外皮秒激光损伤的瞬态特性研究刘红婕孟祥杰王芳张振许良黄进蒋晓东吴卫东郑万国(中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳621900)摘要光学元件激光损伤是限制高功率激光装置输出能力的关键因素，为了理解光学元件激光损伤过程，提高光学元件抗激光损伤性能，利用偏振阴影显微镜成像技术和光电探测技术研究了紫外皮秒激光诱使熔石英光学元件损伤的时间分辨动力学过程。结果显示了紫

2、外皮秒激光作用过程中冲击应力波的传输特性、瞬态吸收的演变过程以及裂缝的发展过程。结果表明，冲击应力波的传输速度约为6．9t~m／ns；532nm波长的激光瞬态吸收在激光作用之后2．5s时激光吸收达到最大值，之后缓慢下降，整个持续时间可达5Os以上；损伤裂纹在7．5ns时刻就基本停止增长。研究结果对理解皮秒激光的损伤机制有重要意义。关键词时间分辨；激光损伤；皮秒激光；熔石英中图分类号TN248文献标识码A力／压力波形成和传输、瞬态吸收、裂缝传输的动1引言态过程_】"]，但并没有给出整个时间上的动态发类似于ICF级别的激光系统，如美国的国家展曲线。国内关于损伤方面的研究主要停留在点火装置(

3、NIF)_l]，法国的兆焦耳激光装置静态损伤特性上[1820]，激光作用过程中的时间分(LMJ)[3]和中国的神光系列装置l4]，光学元件损辨研究很少l2。。伤问题是其设计和建造的关键问题。光学元件损本文利用偏振阴影显微镜成像技术，通过控制伤阈值决定了装置的最大输出通量，因此提高光学探测光与主激光之间的延时时间，来获得紫外皮秒元件的损伤阈值是提高高功率固体激光装置输出激光作用下压力波形成和传输、瞬态吸收、裂缝传能力的关键，是各国高功率激光器研究人员关注的输的动态过程。还利用光电探测技术，获得紫外皮热点。秒激光作用下作用区对532nm激光的瞬态吸收目前运行通量下光学元件损伤都发生在缺演变

4、过程。研究结果有助于我们对皮秒激光损伤陷位置[6]。当激光经过光学元件传输时，缺陷机理的理解，增强对激光系统运行过程中光学元件位置强烈吸收激光能量而导致局部高温，温度升初始损伤和损伤增长的控制能力。到一定程度会炸裂形成损伤。整个动态过程在很短的时间内完成。国外近几年关于损伤发生2实验方法过程中的动态研究很多，Russo等人利用阴影成像完成了ps和ns脉冲激光烧蚀熔石英前表面过利用偏振阴影显微镜成像技术测试紫外皮程中界面两侧冲击波传输的探测和成像[1O-12]，还秒激光脉冲损伤过程中瞬态吸收和应力，光路示成像了石英烧蚀过程中喷发的材料[13-15]，证明这意图如图1所示。泵浦激光为355

5、nm、90ps的个过程将延时至少几百个ns。Demos利用偏振脉冲激光，短焦距透镜汇聚主激光，测试位置在阴影显微镜成像技术，对熔石英样品纳秒激光损焦前近焦斑位置处。探测光为同一激光器输出伤过程时间分辨成像，获得纳秒激光作用下动的二倍频激光(532nm)，经过同偏振态的棱镜后收稿日期2012—12—04；收到修改稿日期2013—03—01作者简介刘红婕(1978-)，女，硕士，助理研究员，主要从事高功率激光技术方面的研究工作。E-mail：hongjie3713@163．COrn基金项目中国工程物理研究院科学基金(2011B0401065和2010B0401055)资助项目第4期刘红婕等

6、：熔石英光学材料紫外皮秒激光损伤的瞬态特性研究11lasersystemiC]．SPIE，2003，5001：1—15．shockpropagationfromablationinacavity[J]．Ap—[2]EIMoses．Nationalignitionfacility：1．8MJ，750p1．Phys．Lett．，2006，88：061502．Twultravioletlaser[C]．sPIE，2004，5341：13—22．[13]RERusso，XLMao，HCIiu，eta1．Time-re—[3]MIAndr6．StatusoftheLMJproject[C]．SH

7、E，solvedplasmadiagnosticsandmassremovalduring1996，3047：38—42．single-pulsedlaserablationEJ]．App1．Phys．A-[4]HSPeng，XMZhang，XFWei．Designof60—10Mat．Sc．&Proc．，1999，69：$887一$894．SG-HIlaserfacilityandrelatedtechnologydevelop—[14]JH