中科院新成果，DKDP晶體激光預(yù)處理技術(shù)研究取得新進(jìn)展。

R-on-1激光對不同時間形狀DKDP晶體進(jìn)行激光調(diào)理前后的損傷閾值。來源:SIOM

中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所 (CAS)的研究人員創(chuàng)新性地提出了一種基于脈沖時間形狀優(yōu)化激光調(diào)節(jié)效果的方案，研究了采用不同升降邊組合的亞納秒激光脈沖的激光調(diào)理過程。

相關(guān)研究結(jié)果已于10月18日發(fā)表在《光學(xué)快報》上。

氘化磷酸二氫鉀(DKDP)晶體是唯一用于慣性約束聚變的非線性光學(xué)晶體材料。然而，激光對DKDP晶體的損傷嚴(yán)重制約了器件的使用壽命和激光輸出。激光處理是有效提高DKDP晶體抗激光損傷能力的方法之一。

上圖為激光損傷原理圖和用于DKDP晶體的激光調(diào)理試驗臺。由半波片和偏光板組成的能量衰減器對亞ns激光系統(tǒng)發(fā)出的脈沖進(jìn)行調(diào)節(jié)。光束通過透鏡聚焦在樣品上，焦距為4.5 m。激光光斑在樣品上的有效面積為0.1±0.01 mm2，使用由兩個分束器組成的光束診斷和一個光束剖面儀(LaserCam HR)測量。使用He-Ne激光器照明DKDP晶體中的體損傷，該激光器與損傷光束共線，并使用放置在激光傳播方向垂直方向的CCD實時診斷。

近年來，許多科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，條件激光的脈沖寬度(尤其是亞納秒范圍內(nèi))對提高激光的調(diào)理效果有很大的影響。通過優(yōu)化亞納秒激光參數(shù)，DKDP晶體可以獲得更高的抗激光損傷能力。

在本研究中，經(jīng)過一系列的實驗，研究人員發(fā)現(xiàn)上升鋒的速度對DKDP晶體的調(diào)節(jié)效果有明顯的影響，慢上升脈沖鋒的亞納秒激光器的調(diào)節(jié)效果比高斯亞納秒激光器高20%。

不同時間形狀亞納秒激光作用下DKDP晶體的損傷形貌。來源:SIOM

此外，損傷形貌也發(fā)生了明顯變化，出現(xiàn)了局部微裂紋，這表明脈沖前沿緩慢上升的亞納秒激光處理可以對DKDP晶體的前驅(qū)體進(jìn)行更徹底的熱改性，更好地提高晶體的抗激光損傷能力。

為了研究時間形狀脈沖對DKDP晶體LID行為和激光處理的影響，研究人員仔細(xì)研究了損傷形貌。上圖顯示了不同時間形狀脈沖誘導(dǎo)的典型損傷點形態(tài)。所有的定位點都顯示出類似于球形腔或圓芯的特性，其尺寸從10納米到1納米或200納米不等。

本研究為研究和改善DKDP晶體和其他非線性光學(xué)晶體的激光損傷特性提供了重要的思路和參考。

來源：Optimizing sub-nanosecond laser conditioning of DKDP crystals byvarying the temporal shape of the pulse, Optics Express (2021). DOI:10.1364/OE.441918