近期，中科院上海光機(jī)所高功率激光元件技術(shù)與工程部研究團(tuán)隊(duì)，在利用不同激光損傷測(cè)試協(xié)議評(píng)估532nm薄膜偏振片的抗激光損傷性能和損傷機(jī)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(guò)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(guó)國(guó)家點(diǎn)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(wèn)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(píng)估也至關(guān)重要。

目前，激光損傷測(cè)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(cè)試是對(duì)樣品上的每個(gè)測(cè)試點(diǎn)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(cè)試是將多個(gè)激光脈沖照射到同一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，評(píng)估光學(xué)元件在長(zhǎng)期使用下的累積效應(yīng)和壽命。Raster scan激光損傷測(cè)試是以相同能量密度掃描樣品1 cm2區(qū)域，可用來(lái)探測(cè)膜層中分立的低密度缺陷。當(dāng)樣品的可測(cè)試區(qū)域有限時(shí)，可以選擇R-on-1激光損傷測(cè)試來(lái)確定損傷閾值，該測(cè)試方法使用逐級(jí)遞增的激光能量密度照射同一測(cè)試點(diǎn)。減少激光能量密度臺(tái)階數(shù)可將R-on-1測(cè)試簡(jiǎn)化為N-on-1測(cè)試。使用不同的激光損傷測(cè)試協(xié)議有助于發(fā)掘薄膜光學(xué)元件的損傷來(lái)源、確定薄膜失效的潛在機(jī)制，對(duì)薄膜光學(xué)元件制備過(guò)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(tuán)隊(duì)利用1-on-1、S-on-1和Raster scan激光損傷測(cè)試協(xié)議對(duì)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(píng)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(guò)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(lái)。兩種偏振光下的Raster scan零損傷閾值都是最低的，說(shuō)明對(duì)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(guó)科學(xué)院國(guó)際合作局對(duì)外合作項(xiàng)目及土耳其科學(xué)技術(shù)研究理事會(huì)的支持。

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