瞬態缺陷誘導雷射損傷的物理過程及機理研究

《瞬態缺陷誘導雷射損傷的物理過程及機理研究》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所，由胡國行擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：瞬態缺陷誘導雷射損傷的物理過程及機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：胡國行
• 依託單位：中國科學院上海光學精密機械研究所

項目摘要

穩態和瞬態缺陷使得光學元件抗雷射損傷性能降低了兩個量級。目前大量研究工作闡述各類穩態缺陷與雷射損傷的關係，但是對於強雷射誘導的具有一定弛豫時間的瞬態缺陷卻少有報導。納秒強雷射輻照下經過數皮秒時間瞬態缺陷就已經形成，於是在脈衝後沿它將成為誘導損傷的關鍵因素。本項目以研究瞬態缺陷誘導雷射損傷所涉及的關鍵技術、物理過程、基本原理等基礎科學問題為目標，採用泵浦-探測手段結合展寬、放大技術解決強雷射輻照過程中瞬態缺陷超快探測等關鍵技術，深入開展瞬態缺陷與本徵材料、穩態缺陷之間的關聯研究，闡明材料特性變化規律，結合各類瞬態缺陷對損傷閾值的影響規律確定其誘導單脈衝雷射損傷的物理過程，並探討瞬態缺陷弛豫特性進而分析對多脈衝累積破壞的影響，在此基礎上，基於強耦合多物理場作用機制建立瞬態缺陷誘導雷射損傷機理模型。本項目的開展有助於彌補國內外關於損傷過程中材料特性變化研究的缺失，促進損傷閾值提升技術的發展。

結題摘要

穩態和瞬態缺陷使得光學元件抗雷射損傷性能降低了兩個量級。目前大量研究工作闡述各類穩態缺陷與雷射損傷的關係，但是對於強雷射誘導的具有一定弛豫時間的瞬態缺陷卻少有報導。本項目以研究瞬態缺陷誘導雷射損傷所涉及的關鍵技術、物理過程、基本原理等基礎科學問題為目標開展相關研究工作。項目組首先自主構建了兩類超快探測結構：（1）超高速採樣皮秒時間分辨動態探測技術，（2）超快成像探測分析技術。 基於超高速採樣皮秒時間分辨動態探測技術從損傷動態過程解析出發研究了瞬態缺陷對熔石英本徵損傷過程的影響，包括單脈衝和多脈衝雷射損傷過程，明確了瞬態缺陷對於電漿形成和最終損傷的助推作用，並進一步深入研究了由於電致伸縮效應引起的縱向布里淵散射在瞬態缺陷形成過程中的影響，闡明本徵損傷過程中瞬態缺陷的形成方式。 基於超快成像探測分析技術從損傷動態過程及光學性質變化出發研究瞬態缺陷對於透過率非線性下降及最終損傷形成的助推作用，進一步採用強雷射輻照下線上譜分析技術證明了467nm的光致發光峰是強雷射誘導的缺陷結構，由此出發分析瞬態缺陷的形成機理。穩態缺陷的存在導致其周圍材料結構發生變化，強雷射輻照下由於分子振動致使穩態缺陷附近形成了瞬態缺陷。 基於上述分析，明確瞬態缺陷與本徵材料、穩態缺陷、強雷射輻照之間的關聯性，並獲取瞬態缺陷弛豫特性進而明確它對重頻多脈衝累積破壞的影響，在此基礎上，建立瞬態缺陷誘導雷射損傷機理模型。 項目執行過程中共發表學術論文10篇，其中SCI收錄5篇，影響因子大於3的論文2篇，國內外核心期刊5篇，申請發明專利2項。項目圓滿完成預期成果與技術指標。