近日，中科院上海光機(jī)所邵建達(dá)研究員、晉云霞研究員團(tuán)隊(duì)在TM偏振全介質(zhì)脈沖壓縮光柵領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。相關(guān)成果以“TM polarization preferentially implemented in the next generation of high-intensity laser systems based on multilayer dielectric gratings”為題發(fā)表于Applied Physics Letters。

皮秒大能量釹玻璃激光裝置是實(shí)現(xiàn)激光聚變的重要工具，支持皮秒大能量脈沖展寬和壓縮的高閾值全介質(zhì)光柵是實(shí)現(xiàn)目前SG-II、NIF-ARC等大激光裝置能量負(fù)載能力提升的一個(gè)核心技術(shù)難題。在過去近40年里，該類激光裝置均采用高色散TE偏振全介質(zhì)光柵實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮且可用光柵的通量閾值也接近極限。研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)高損傷閾值全介質(zhì)壓縮光柵需求，首次基于低色散偏振無關(guān)全介質(zhì)光柵闡明TM偏振的閾值優(yōu)越性。

在本項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)首次利用多層傾角結(jié)構(gòu)構(gòu)建偏振無關(guān)全介質(zhì)光柵，其TE和TM雙偏振衍射效率性能在1020~1080 nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)處于同一水平，平均效率均超98%。以偏振無關(guān)全介質(zhì)光柵為平臺(tái)，在同等激光條件、同等光柵光譜性能的條件下，開展研究全介質(zhì)壓縮光柵抗激光損傷能力對(duì)偏振態(tài)的響應(yīng)情況。研究結(jié)果顯示：TM偏振下1170 g/mm全介質(zhì)光柵的1-on-1通量閾值（為1.4~2.0 J/cm2@8.6 ps、1053±3 nm）約為TE偏振的1.55倍。通過分析損傷演化過程和創(chuàng)建生長(zhǎng)模型，闡明了TM偏振全介質(zhì)光柵具有低電場(chǎng)增強(qiáng)、對(duì)激發(fā)光強(qiáng)度的低敏感度、對(duì)損傷結(jié)構(gòu)的低響應(yīng)，以及低損傷生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)，為研制高閾值介質(zhì)光柵、建設(shè)大能量負(fù)載壓縮器尋求了新的技術(shù)路徑。目前，本團(tuán)隊(duì)正將TM偏振全介質(zhì)光柵的口徑推向米級(jí)，并開展性能更優(yōu)異的設(shè)計(jì)方案，未來服務(wù)于我國大激光裝置建設(shè)。

偏振無關(guān)全介質(zhì)光柵（a）多層傾角偏振無關(guān)光柵設(shè)計(jì)示意；（b）AFM測(cè)試樣品槽形輪廓；（c）SEM測(cè)試樣品剖面結(jié)構(gòu)

研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、科技部、上海市戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目的支持。

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