2-30 激光阈值测量系统及预处理工艺

　　光学薄膜的激光损伤是影响高功率激光器提高激光输出功率的关键因素之一。光学薄膜的激光损伤不仅降低激光的输出质量，造成光束波前和相位畸变，而且调制激光光束，对激光器造成灾难性损坏。实验发现激光薄膜经1064nm激光辐照后，薄膜的激光损伤阈值大幅度提高，此技术也称激光后处理技术，即激光以低于薄膜激光损伤阈值的能量开始，按一定规律增加激光能量照射扫描膜片，膜片的抗激光损伤特性得到较大的改善。对HfO₂/SiO₂膜料镀制的1064nm激光薄膜进行了激光后处理实验，研究了薄膜的激光后处理和激光损伤的关系。

　　激光预处理的样片为HfO₂/SiO₂镀制的1064nm高反膜，激光预处理工艺实验的激光波长为1064nm，脉宽10ns，模式TEM₀₀。激光预处理采用N- ON- 1方式，即每一激光脉冲处理膜片后，后一脉冲增加能量进行处理。

　　激光能量调节采用半波片和偏振片组合调节，由于激光器输出的1064nm激光为线偏振光，当通过半波片时，随着半波片的转动，线偏振光的偏振方向也发生变化，这样通过偏振片的激光能量也会发生变化，从而调节了激光能量。激光输出能量随波片的转动角度呈余弦单调变化。

　　首先，测量实验样片的激光损伤阈值，得到对于1064nm激光，高反膜的激光损伤阈值为14J/cm²，以损伤阈值能量密度约70%的激光能量开始照射膜片，每个激光脉冲的能量密度增量5J/cm²，直到膜片发生严重激光损伤。

　　高反薄膜典型的激光预处理效果如图1所示，激光预处理后薄膜激光损伤阈值分布如图2所示，可以看出高反膜经激光预处理后，抗激光损伤能力大幅度提高，损伤阈值平均42.85J/cm²，低的达到25J/cm²，高的达到60J/cm²，损伤阈值平均提高3倍。

　　组建和改进了1064nm激光损伤阈值测量系统，改进后的阈值测量系统基本符合国际标准ISO11254的要求。激光能量的控制采用半波片和偏振片组合光路，实验证明，激光能量随半波片的转动呈余弦单调变化，对激光光束质量没有影响。激光损伤阈值测量结果表明，阈值测量的稳定性和重复性良好。研究和完善了激光预处理装置的技术方案，进行了HfO₂/SiO₂高反膜激光预处理工艺的初步研究，激光预处理初始能量密度为膜片损伤阈值约70%，激光脉冲能量增量为5J/cm²，实验结果表明，薄膜的抗激光损伤能力大幅度提高，损伤阈值平均43J/cm²，提高3倍以上。