基于飞秒激光微加工的介质膜损伤修复研究.pdfVIP

物理 学 报 ActaPhys．Sin．Vo1．64，No．15(2015) 154207 基于飞秒激光微加工的介质膜损伤修复研究 林圆圆)2) 姜有恩 )十 韦辉 ) 范薇 ) 李学春 ) 1)(中国科学院上海光学精密机械研究所，高功率激光物理联合实验室，上海 201800) 2)(中国科学院大学，北京 100049) (2014年12月15日收到；2015年3月4日收到修改稿) 针对波长1053nm，0。高反介质膜元件，采用有限时域差分法，模拟分析了损伤修复点边缘与法线的夹角 对膜层内电场强度分布的影响，该角度越小，修复点的损伤阈值越高．通过优化飞秒激光微加工过程 中的焦 斑尺寸、脉冲能量、扫描步长和扫描次数等参数，获得了夹角为25。、深度为 14pm的修复点．该修复点典型 的损伤阈值为21J／cm ，是修复前的2．3倍，50个修复点的测试结果表明该修复参数具有非常好的可重复性． 修复点的测试结果还验证了修复点边缘与法线的夹角大小与其损伤阈值的关系，45。的电场强度最大值约为 25。的2．5倍，而45。的损伤阂值约为25。的1／2，模拟和实验结果一致性较好．同时，实验验证了微加工的激 光脉宽对修复点损伤阈值的影响，在只改变脉宽的情况下，脉宽越长，损伤阈值越低． 关键词：介质膜元件，损伤修复，飞秒激光微加工，损伤阈值 PACS：42．62．-b，78．66．一w，02．70．Bf，07．05．Fb DOI：10．7498／aps．64．154207 胀系数与吸收光谱，热烧蚀法会对膜层产生新的破 1 引 言 坏应力，不能抑制薄膜损伤点的增长．高速单晶金 刚石研磨的加工法验证 了修复KDP晶体损伤的可 在高功率激光驱动装置中，大 口径介质膜光学 行性 [5]．但对于介质膜，金刚石铣刀在起刀处容易 元件是不可或缺的，如高反膜、增透膜和偏振膜元 引起膜层之间的剥离，带来附加损伤，而且形成的 件等．介质膜元件在其加工过程 中会引入一些缺 修复形貌边缘与法线的夹角过大，会导致局部电场 陷，主要的类型包括：污染物造成的深层节瘤缺陷， 强度增强，同样无法抑制损伤增长 [6】．飞秒激光微 薄膜 内部晶格缺陷或纳米杂质引起的纳米级吸收 加工是一种将固相材料直接气化的切除过程，可以 缺陷，以及基底加工残余的划痕缺陷等．当运行于 规避热烧蚀加工和机械加工的弊端，非常适合用于 高通量密度时，缺陷点会导致膜层 内局部电场强度 介质膜元件的损伤修复 [3】_由于飞秒激光的脉冲宽 增强，进而形成激光损伤．在激光辐照下，恶性损 度 比介质膜材料的电子横向弛豫时间短，电子来不 伤点的尺寸会持续增长，降低 了光学元件 的使用寿 命 [，21．为了抑制损伤增长，近年来发展了多种激 及将能量传递给晶格，因此不会对修复区域的材料 光损伤的修复技术 0【_5]，通过微加工技术将恶性损 产生热影响 [7]． 伤点切除，并形成不发生损伤增长形状的修复坑． 本文 以波长1053nm 的0。高反膜元件为对象， 目前，二氧化碳激光修复石英元件表面损伤 [】 研究获得了适合于该类型元件的飞秒激光微加工 的技术已经应用于美 国NIF装置 中，采用热烧蚀法