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上海光機(jī)所在激光預(yù)處理提升DKDP晶體激光損傷性能機(jī)制方面取得新進(jìn)展

研發(fā)快訊 2025年07月11日 09:12:00來源:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所 1511
摘要DKDP(KDxH(2-x)PO4)晶體是高功率激光裝置中極為關(guān)鍵的非線性光學(xué)材料,其抗激光損傷性能是決定系統(tǒng)輸出能力的關(guān)鍵因素之一。

  【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】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元件技術(shù)與工程部薄膜光學(xué)研發(fā)中心研究團(tuán)隊(duì)在亞納秒激光預(yù)處理通量對(duì)DKDP晶體激光損傷特性的影響機(jī)制上取得新進(jìn)展。相關(guān)成果以“Fluence-dependent laser conditioning enhancement of laser induced damage properties in DKDP crystals”為題發(fā)表于Optics Communications。
 
  DKDP(KDxH(2-x)PO4)晶體是高功率激光裝置中極為關(guān)鍵的非線性光學(xué)材料,其抗激光損傷性能是決定系統(tǒng)輸出能力的關(guān)鍵因素之一。激光預(yù)處理技術(shù)是提升DKDP晶體損傷閾值、保障裝置安全運(yùn)行的關(guān)鍵手段。研究系統(tǒng)評(píng)估了亞納秒激光預(yù)處理通量對(duì) 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(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了不同通量(最高至5.0 J/cm²)亞納秒激光預(yù)處理對(duì)DKDP晶體的影響。結(jié)果表明,提高預(yù)處理通量雖然增加了處理時(shí)間,但能顯著增強(qiáng)晶體的抗損傷能力;經(jīng)5.0 J/cm²亞納秒激光預(yù)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(fā)現(xiàn),亞納秒激光預(yù)處理顯著改變了晶體的非線性光學(xué)特性;5.0 J/cm²預(yù)處理后,晶體非線性吸收系數(shù)下降約30%,同時(shí)納秒損傷密度降低了一個(gè)數(shù)量級(jí),揭示了兩者間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。結(jié)合非線性吸收測(cè)試結(jié)果分析,研究團(tuán)隊(duì)推斷DKDP晶體帶隙中存在兩個(gè)關(guān)鍵缺陷能級(jí),亞納秒激光預(yù)處理通過調(diào)控這些缺陷態(tài)(如改變其能量位置或濃度),有效抑制了激光損傷的發(fā)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(duì)激光預(yù)處理提升DKDP損傷性能物理機(jī)制的理解,也為利用非線性光學(xué)特性測(cè)試(如Z-scan)作為評(píng)估光學(xué)材料抗激光損傷性能的無損檢測(cè)方法提供了重要依據(jù)。
 
  相關(guān)工作得到了上海市“探索者”項(xiàng)目、中國科學(xué)院國際合作局對(duì)外合作重點(diǎn)項(xiàng)目、山東大學(xué)晶體材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及中國科學(xué)院特別交流計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。
 
圖1. 不同亞納秒激光預(yù)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(shù)

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