超强激光科学卓越创新简报

(第三百九十一期)

2023年5月24日

上海光机所在基于HfO₂-Al₂O₃混合材料的皮秒激光反射镜研究方面取得进展

　　近期， 薄膜光学实验室与高功率激光物理联合实验室开展合作研究，在基于HfO₂-Al₂O₃混合材料的皮秒激光反射镜研究方面取得进展。相关研究成果发表于《光学材料快报》（Optical Materials Express）。

　　高功率皮秒脉冲激光通常用于高能量密度物理基础研究，如OMEGA EP， NIF ARC，SG-II-UP PW等。皮秒激光反射镜作为皮秒激光系统的关键元器件，其承受高强度皮秒激光脉冲的能力受到激光诱导损伤阈值(LIDT)的限制。近年来，基于混合材料的光学薄膜元件在纳秒和飞秒脉冲激光下表现出优于纯材料的性能而得到广泛关注。混合材料有望提升光学薄膜在皮秒脉冲激光下的性能。

　　研究人员分别以HfO₂-Al₂O₃混合材料和纯SiO₂材料作为高/低折射率材料，通过电子束蒸发沉积了一种混合材料皮秒激光反射镜(MPLM)。为了进行对照，制备了由纯HfO₂材料和SiO₂材料交替沉积而成的传统皮秒激光反射镜(TPLM)。研究了MPLM和TPLM的光学性能、微观结构和力学性能，以及在大气和真空环境下的LIDT（激光脉宽：8 ps，激光波长：1053 nm)和损伤形貌。结果表明，MPLM在大气和真空环境都表现出更高的LIDT。典型的损伤形貌表明，两种薄膜的激光诱导损伤与电场分布、薄膜缺陷和薄膜应力密切相关。有限元模拟结果表明，MPLM具有更高的LIDT可能归功于混合材料降低了多层膜在激光辐照下产生的温升。

　　相关工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院青年创新促进会等的支持。

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图1. TPLM和MPLM：（a）低折射率层到高折射率层的元素百分比分布图，（b）XRD图谱，（c）薄膜应力老化行为，（d）表面形貌

图2. TPLM和MPLM的激光损伤概率：（a）大气环境，（b）真空环境

图3. （a）TPLM和（b）MPLM中位于第一、第二和第三个高电场峰值位置的吸收性缺陷的模拟温升分布