【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光元件技術與工程部薄膜光學研發中心研究團隊在亞納秒激光預處理通量對DKDP晶體激光損傷特性的影響機制上取得新進展。相關成果以“Fluence-dependent laser conditioning enhancement of laser induced damage properties in DKDP crystals”為題發表于Optics Communications。
DKDP(KDxH(2-x)PO4)晶體是高功率激光裝置中極為關鍵的非線性光學材料，其抗激光損傷性能是決定系統輸出能力的關鍵因素之一。激光預處理技術是提升DKDP晶體損傷閾值、保障裝置安全運行的關鍵手段。研究系統評估了亞納秒激光預處理通量對 DKDP 晶體的納秒損傷密度、損傷形貌、表面粗糙度、線性吸收及非線性吸收特性的影響。
研究團隊系統研究了不同通量(最高至5.0 J/cm²)亞納秒激光預處理對DKDP晶體的影響。結果表明，提高預處理通量雖然增加了處理時間，但能顯著增強晶體的抗損傷能力；經5.0 J/cm²亞納秒激光預處理后，DKDP晶體的納秒激光損傷密度從0.088 pp/mm³大幅降低至0.008 pp/mm³。研究發現，亞納秒激光預處理顯著改變了晶體的非線性光學特性；5.0 J/cm²預處理后，晶體非線性吸收系數下降約30%，同時納秒損傷密度降低了一個數量級，揭示了兩者間的強關聯性。結合非線性吸收測試結果分析，研究團隊推斷DKDP晶體帶隙中存在兩個關鍵缺陷能級，亞納秒激光預處理通過調控這些缺陷態(如改變其能量位置或濃度)，有效抑制了激光損傷的發生，從而提升了晶體整體的抗損傷性能。該成果不僅深化了對激光預處理提升DKDP損傷性能物理機制的理解，也為利用非線性光學特性測試(如Z-scan)作為評估光學材料抗激光損傷性能的無損檢測方法提供了重要依據。
相關工作得到了上海市“探索者”項目、中國科學院國際合作局對外合作重點項目、山東大學晶體材料國家重點實驗室及中國科學院特別交流計劃等項目的支持。
圖1. 不同亞納秒激光預處理工藝后DKDP晶體的納秒損傷密度曲線
圖2 (a, d)1030 nm(b, e)515 nm(c, f)343 nm 激光輻照下DKDP晶體的2PA和3PA非線性吸收系數
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