Прогресс в области лазерных технологий: высокомощные лазерные компоненты и прецизионная метрология поверхностей с большой кривизной 

Прогресс в области лазерных технологий: высокомощные лазерные компоненты и прецизионная метрология поверхностей с большой кривизной

SIOM добивается успеха в изучении механизмов повреждения и повышении порогов стойкости оконечных оптических компонентов в высокоэнергетических пикосекундных петаваттных лазерных системах

Недавно Отдел технологий и инженерии высокомощных лазерных компонентов при Шанхайском институте оптики и точной механики (SIOM) Китайской академии наук — в сотрудничестве с Научно-техническим университетом Китая, Шанхайским университетом науки и технологий, а также Центром исследований лазерного термоядерного синтеза при Китайской академии инженерной физики — достиг новых успехов в изучении механизмов повреждения в пикосекундном диапазоне и методов повышения порогов стойкости дифракционных решеток для сжатия импульсов и транспортных зеркал, используемых в высокоэнергетических петаваттных лазерных системах. Соответствующие результаты исследований были опубликованы в научных журналах *ACS Applied Materials & Interfaces* и *Optics & Laser Technology*.

Коллектив исследователей под руководством Чжао Юаньаня и Лю Сяофэна из Отдела технологий и инженерии высокомощных лазерных компонентов предложил метод верификации профилей лазерного пятна в плоскости мишени *in situ* (непосредственно в процессе эксперимента), основанный на анализе картин абляции алюминиевых пленок. Путем систематического анализа влияния толщины алюминиевой пленки, угла падения лазерного излучения и условий вакуума на измерения площади пятна в плоскости мишени, исследователи добились высокой точности измерений параметров пятна в условиях вакуума и при косом падении излучения. Эта работа обеспечивает надежную основу для точной и количественной оценки порогов лазерного повреждения в пикосекундном диапазоне.

Что касается дифракционных решеток для сжатия импульсов, исследователи раскрыли механизм влияния процесса реактивно-ионного травления (RIE) на стойкость решетки к повреждениям. Они обнаружили, что процесс травления высокоэнергетическим ионным пучком — в котором используются фторсодержащие газы — приводит к проникновению фторсодержащих загрязнений в верхний диэлектрический слой решетки, создавая дефекты-предшественники, распространяющиеся на глубину до нескольких сотен нанометров. Оптимизировав процесс травления с целью минимизации внедрения фторсодержащих загрязнений, исследователи успешно повысили пороги повреждения в пикосекундном диапазоне (~10 пс) как для диэлектрической пленки решетки, так и для самой решетки в целом — на 26% и 33% соответственно.

Опираясь на эти результаты, исследовательская группа провела систематический анализ того, как различные технологические этапы влияют на порог повреждения дифракционных решеток в пикосекундном диапазоне. Применив комплексную стратегию совместной оптимизации, охватывающую весь технологический процесс, исследователи успешно повысили порог пикосекундного лазерного повреждения дифракционной решетки до уровня, приближающегося к теоретическому пределу, допускаемому современным уровнем развития технологий диэлектрических пленок.

Исследования характера повреждений транспортных зеркал при воздействии пикосекундного лазерного излучения с различной поляризацией выявили, что порог повреждения для P-поляризации ниже, чем для S-поляризации. В качестве основного фактора, ограничивающего порог повреждения, были определены абсорбирующие прекурсоры; при этом состояние поляризации влияет на процесс нагрева внутри этих прекурсоров, модулируя глубину проникновения электрического поля и локализацию энерговыделения. В случае P-поляризации энерговыделение носит более концентрированный характер, что приводит к более значительному повышению температуры и, как следствие, к снижению порога повреждения. Для спорадических узловых дефектов было установлено, что при изменении состояния поляризации происходит смещение местоположения дефекта.