近期，中国科学院上海光学精密机械研究所与武汉理工大学、中国科学技术大学及中国工程物理研究院激光聚变研究中心等单位开展合作，解析了皮秒激光作用下脉冲压缩光栅多栅条连贯损伤的动力学过程，为其皮秒抗激光损伤性能提升指明了方向。相关成果以“Multilayer dielectric grating pillar－removal damage induced by a picosecond laser ”为题发表在High Power Laser Science and Engineering。
脉冲压缩光栅是皮秒高能拍瓦激光系统的核心光学元件，其损伤问题是制约激光系统极限输出能力的关键瓶颈因素。厘清光栅元件的激光损伤动力学过程是明确其损伤机理、提高其损伤阈值的关键途径。
该研究中，研究团队通过对脉冲压缩光栅在单个皮秒脉冲激光辐照下典型损伤特征的提取与关联，并结合理论模拟证实了多栅条连贯损伤过程表现为：入射激光在光栅浮雕结构内部形成的场增强与其表面的浅层缺陷共同诱发栅条局部材料喷发，喷发物的冲击压力导致相邻栅条断裂。仿真模拟结果表明光栅局部材料电离后产生的喷发压力使其相邻栅条根部形成了应力集中并足以造成损坏，这与实验中观察到损伤特征相吻合。栅条内部缺陷、强场及栅条强度共同影响光栅的皮秒激光损伤过程，这为脉冲压缩光栅的皮秒抗激光损伤性能提升提供了指导方向。
该项研究得到了国家重大专项的支持。
图1 多层介质光栅皮秒激光损伤过程示意图