近期，中科院上海光機所高功率激光元件技術(shù)與工程部研究團隊，在利用不同激光損傷測試協(xié)議評估532nm薄膜偏振片的抗激光損傷性能和損傷機制方面取得新進(jìn)展。相關(guān)成果以“Nanosecond laser damage of 532 nm thin film polarizers evaluated by different testing protocols”為題發(fā)表在Optical Materials。

薄膜偏振片可透過P偏振光，反射S偏振光，在高功率激光系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。1064 nm薄膜偏振片通常在大型激光系統(tǒng)中用作光學(xué)開關(guān)和光學(xué)隔離器，如美國國家點火裝置（NIF）、OMEGA EP激光系統(tǒng)、Laser Megajoule和SG II-UP裝置。但隨著高功率短波激光器的發(fā)展，為解決短波薄膜光學(xué)元件抗激光損傷能力有限的問題，引入了偏振光束合束技術(shù)，但是二次諧波和三次諧波偏振片的激光損傷評估也至關(guān)重要。

目前，激光損傷測試協(xié)議主要有1-on-1、S-on-1、Raster scan、R-on-1和N-on-1。1-on-1激光損傷測試是對樣品上的每個測試點施加單脈沖激光，研究光學(xué)元件初始損傷形貌。S-on-1激光損傷測試是將多個激光脈沖照射到同一個測試點，評估光學(xué)元件在長期使用下的累積效應(yīng)和壽命。Raster scan激光損傷測試是以相同能量密度掃描樣品1 cm2區(qū)域，可用來探測膜層中分立的低密度缺陷。當(dāng)樣品的可測試區(qū)域有限時，可以選擇R-on-1激光損傷測試來確定損傷閾值，該測試方法使用逐級遞增的激光能量密度照射同一測試點。減少激光能量密度臺階數(shù)可將R-on-1測試簡化為N-on-1測試。使用不同的激光損傷測試協(xié)議有助于發(fā)掘薄膜光學(xué)元件的損傷來源、確定薄膜失效的潛在機制，對薄膜光學(xué)元件制備過程的改善提供參考。

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圖1. 532 nm薄膜偏振片的激光損傷閾值比較和典型損傷形貌

研究團隊利用1-on-1、S-on-1和Raster scan激光損傷測試協(xié)議對532 nm薄膜偏振片在不同偏振態(tài)下的抗激光損傷性能進(jìn)行評估。利用電子束蒸發(fā)制備的薄膜偏振片在P偏振光下的損傷閾值顯著低于S光。在P偏振光下，532 nm偏振片的1-on-1和S-on-1零幾率損傷閾值非常接近。通過損傷形貌表征，樣品在P偏振下的損傷主要為由基底與膜層界面的結(jié)構(gòu)缺陷引起的平底坑和由熔石英亞表面損傷引起的貝殼狀損傷，而且這兩種損傷都非常穩(wěn)定。在S偏振光下，S-on-1的損傷閾值低于1-on-1，出現(xiàn)累積效應(yīng)的影響。其主要的損傷形貌為不完全噴射的節(jié)瘤損傷坑，吸收性缺陷造成的損傷也在多脈沖激光輻照下表現(xiàn)出來。兩種偏振光下的Raster scan零損傷閾值都是最低的，說明對于薄膜偏振片，缺陷密度和膜層質(zhì)量是影響其抗激光損傷性能的關(guān)鍵限制因素。

該研究獲得了中國科學(xué)院國際合作局對外合作項目及土耳其科學(xué)技術(shù)研究理事會的支持。

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1016/j.optmat.2024.115124