【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所邵建達研究員、晉云霞研究員團隊在TM偏振全介質(zhì)脈沖壓縮光柵領(lǐng)域取得突破性進展。相關(guān)成果以“TM polarization preferentially implemented in the next generation of high-intensity laser systems based on multilayer dielectric gratings”為題發(fā)表于Applied Physics Letters。
 

　　皮秒大能量釹玻璃激光裝置是實現(xiàn)激光聚變的重要工具，支持皮秒大能量脈沖展寬和壓縮的高閾值全介質(zhì)光柵是實現(xiàn)目前SG-II、NIF-ARC等大激光裝置能量負(fù)載能力提升的一個核心技術(shù)難題。在過去近40年里，該類激光裝置均采用高色散TE偏振全介質(zhì)光柵實現(xiàn)脈沖壓縮且可用光柵的通量閾值也接近極限。研究團隊針對高損傷閾值全介質(zhì)壓縮光柵需求，首次基于低色散偏振無關(guān)全介質(zhì)光柵闡明TM偏振的閾值優(yōu)越性。
 

　　在本項研究中，研究團隊首次利用多層傾角結(jié)構(gòu)構(gòu)建偏振無關(guān)全介質(zhì)光柵，其TE和TM雙偏振衍射效率性能在1020~1080 nm的波長范圍內(nèi)處于同一水平，平均效率均超98%。以偏振無關(guān)全介質(zhì)光柵為平臺，在同等激光條件、同等光柵光譜性能的條件下，開展研究全介質(zhì)壓縮光柵抗激光損傷能力對偏振態(tài)的響應(yīng)情況。研究結(jié)果顯示：TM偏振下1170 g/mm全介質(zhì)光柵的1-on-1通量閾值(為1.4~2.0 J/cm2@8.6 ps、1053±3 nm)約為TE偏振的1.55倍。通過分析損傷演化過程和創(chuàng)建生長模型，闡明了TM偏振全介質(zhì)光柵具有低電場增強、對激發(fā)光強度的低敏感度、對損傷結(jié)構(gòu)的低響應(yīng)，以及低損傷生長動態(tài)，為研制高閾值介質(zhì)光柵、建設(shè)大能量負(fù)載壓縮器尋求了新的技術(shù)路徑。目前，本團隊正將TM偏振全介質(zhì)光柵的口徑推向米級，并開展性能更優(yōu)異的設(shè)計方案，未來服務(wù)于我國大激光裝置建設(shè)。
 

　　研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、科技部、上海市戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)項目的支持。
 

　　圖 1偏振無關(guān)全介質(zhì)光柵(a)多層傾角偏振無關(guān)光柵設(shè)計示意；(b)AFM測試樣品槽形輪廓；(c)SEM測試樣品剖面結(jié)構(gòu)
 

　　圖2 光柵內(nèi)部歸一化電場增強分布，激光從光柵左側(cè)入射，(a)對應(yīng)TE偏振；(b)對應(yīng)TM偏振，插圖表示雙偏振下光柵初始損傷形貌，其中白色線條表示200 nm標(biāo)尺
 

　　圖3 損傷生長(a)損傷生長序列和對應(yīng)的計算案例；(b)損傷光柵的衍射效率譜隨燒蝕空泡橫截面尺寸的變化；(c)光柵脊內(nèi)部最大電場增強值與燒蝕空泡橫截面大小的關(guān)系