通過溫度效應探索研究超短脈衝強雷射損傷機理

《通過溫度效應探索研究超短脈衝強雷射損傷機理》是依託電子科技大學,由祖小濤擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：通過溫度效應探索研究超短脈衝強雷射損傷機理
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：祖小濤

項目摘要

高功率雷射器已廣泛用於新材料、新能源和國防領域。然而雷射器的光學元件的強雷射輻照損傷卻成為雷射器功率進一步提升的瓶頸，並且一些重要的損傷機理還不清楚也成為元件損傷閾值提高的障礙。這對於強場物理學和工程技術套用都是一個急需解決的問題。本項目擬從理論和實驗兩個方面去研究不同溫度下（室溫-幾十K）熔石英的雷射輻照損傷。由於降低溫度可以極大地抑制造成損傷的雪崩過程，因此這種方法有望成為大幅度提高光學元件負載能力的新思路和新技術。通過研究不同溫度下熔石英的光學損傷，可以掌握不同溫度下造成雪崩電離過程中各個能量吸收機制的確切作用，以及不同脈寬下，光致電離和雪崩電離的確切貢獻；還可以解決國際上關於脈寬小於100飛秒時，光致電離和雪崩電離貢獻的爭論。因此本申請在學術上有較高的原創性，同時在工程上也有重要的套用價值。

結題摘要

飛秒雷射由於脈衝時間短、瞬時功率高、聚焦區域小等特點已被廣泛套用於新能源、新材料、航天、生命科學及國防等領域，然而，光學元件中的雷射損傷仍然是高功率雷射系統和光學器件的發展的一個限制因素，這對於開發高功率雷射系統及強場物理學的發展都是一個迫切需要解決的問題。雷射器的透鏡、視窗、反射鏡、偏振片、光柵等通常使用熔石英這種光學材料。因此提高熔石英的負載能力，對於基礎科學研究和工程套用方面都具有重要意義。本項目主要研究光學材料在不同溫度和不同脈寬時的雷射誘導損傷閾值的規律。主要取得的研究成果如下： （1） 首次在實驗上系統地測試了多種光學材料在不同溫度下（80K-300K)的雷射損傷閾值（納秒區域,10-12秒<脈寬<10-8秒） （2） 對於更短脈衝區域（脈寬<10-12秒），建立了含溫度參數的導帶電子產生率方程。方程可以描述溫度對電子密度演化過程的影響，並可以預測材料雷射損傷閾值隨溫度的變化。 （3）分析了<100fs超短脈衝區域，雪崩電離和光致電離對材料雷射損傷的貢獻。解決了國際上關於脈寬小於100 fs時，雪崩電離與光致電離對損傷機制的影響的分歧。我們的研究顯示在此區域，主要是光致電離起主要作用，與聲子相關的雪崩電離過程對損傷的貢獻很小。