重频脉冲激光辐照光学材料特性的研究进展.pdf

材料导报:综述篇
2010年12月(上)第24卷第12期
重频脉沖激光辐照光学材料特性的研究进展
郑直2,蒋晓东,祖小涛2,黄进,王风蕊,刘红婕,周信达,李春宏',魏晓峰,郑万国
(1中国工程物理研究院激光聚变中心,绵阳621900;2电子科技大学物理电子学院,成都610054)
摘要综述了重复频率脉冲激光辐照下光学材料特性的研究进展,重点介绍了重频激光辐照下光学材料损伤
的规律,发现缺陷造成的亚损伤状态是诱导材籵重频损伤的关键。详细阐述了热吸收性杂质模型、化学断裂模型
色心模型的亚损伤杋理,同时介绍了重频工作模式下激光增益介质和倍频晶体的材料特性,展望了重频激光辐照光
学材料特性研究的发展和前景。
关键词激光损伤重频激光累积效应光学材料
Research Progress on Properties of Optical Materials Irradiated by
Repetition-rate Pulse Laser
ZHENG Zhi]. 2, JIANG Xiaodong ZU Xiaotao, HUANG Jin, WANG Fengrui
LIU Hongjie, ZHOU Xinda LI Chunhong, WEI Xiaofeng, ZHENG Wanguo
(1 Laser Fusion Research Center, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900; 2 School of Physical
Electronics, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054)
Abstract The recent progress in understanding the fundamental physics of optical materials irradiated by repe
tition-rate laser pulses is reviewed. Scaling in damnage of optical materials induced by repetition-rate laser is intro
duced, it is shown that the repetition-rate laser damage occurs in consequence of defect-induced sub-damage states
Three kinds of sul-damnage mechanisms are summarized: Heating inclusion model, bond-breaking model and colored
center model. The property of laser gain medium and frequency converted crystal operation on repetition-rate mode are
also introduced. In addition, the development and prospect of properties of optical materials irradiated by repetition
rate p
are included
Key words laser-induced damage, repetition-rate laser, accumulation effect, optical material
0引言
积累。本文将详细阐述光学材料重频损伤的规律及其机理
以及激光工作介质在重频工作模式下的特性,并对重频激光
自从20世纪60年代初激光器问世以来,光学材料的激辐照下光学材料特性研究的发展和前景进行展望
光诱导损伤引起了各国研究者的极大兴趣冽,关于激光诱
导光学材料损伤的机理得到了广泛讨论。目前,光学材料的
重频激光诱导光学材料损伤
损伤主要包括本征损伤和缺陷诱导损伤炳类,木征损伤主要1.1光学材料重频损伤规律与概率模型
包括电离雪崩和多光子吸收3:1;缺陷诱导损伤?是指表面
Bass等门首次发现,对于光学材料,其单次辐照下的损
和亚表面的円坑、杂质以及结构微缺陷造成的热破坏和场破伤阈值Fa以及其他特征参数不再适用多次辐照情况。如果
坏,被认为是造成光学元件破坏的主要因素。然而以上原理在样品同一位置的辐照次数N足够大,在激光辐照能量F<
都是针对单脉种激光诱导损伤而言,在实际应用中许多光学F时即会发生损伤。
材料都是在重复频率激光辐照下使用的,这种情况下的损伤
鉴于激光与物质相互作用过程的随机性,Bass提出损伤
规律和机理与单发脉冲损伤具有很大的区別。同时,激光装概率模型对以上现象进行了解释。该模型认为,材料特性在
置的增益介质与倍频晶体材料在重频工作模式下的特性均激光辐照下不会发生改变,导致其损伤阈值降低的原因只是
会发生明显改变。因此,研究重频激光辐照下光学材料的特由于激光损伤具有随机性。由于稳定实验条件的偏离,使用
性对于激光损伤机理的理论硏究和提高高能量激光驱动能低于损伤阈值通量的激光在同一区域辐照多次后,材料的损
力的实际应用都具有重大意义。
伤概率将不为零。这些偏离包括:(1)辐照区域偶然出现的
重复频率激光辐照下光学材料的损仿阈值比单脉冲激一个初始电子导致雪崩电离:(2)辐照区域具有的随机缺陷
光辐照下的损伤阈偵下降很多,这一现象称为激光诱导损伤导致多次辐照下的缺陷诱导损伤;(3)辐照激光的波动,包括
类国家高技术研究发展计划(2009AA8043019)资助项目
直:男,1986年生,硕士研究生,从事光学元件激光损伤研究 E-mail: zheng352( gmail.om