【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所邵建達研究員、晉云霞研究員團隊在TM偏振全介質脈沖壓縮光柵領域取得突破性進展。相關成果以“TM polarization preferentially implemented in the next generation of high-intensity laser systems based on multilayer dielectric gratings”為題發表于Applied Physics Letters。
皮秒大能量釹玻璃激光裝置是實現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光柵是實現目前SG-II、NIF-ARC等大激光裝置能量負載能力提升的一個核心技術難題。在過去近40年里，該類激光裝置均采用高色散TE偏振全介質光柵實現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壓縮光柵需求，首次基于低色散偏振無關全介質光柵闡明TM偏振的閾值優越性。
在本項研究中，研究團隊首次利用多層傾角結構構建偏振無關全介質光柵，其TE和TM雙偏振衍射效率性能在1020~1080 nm的波長范圍內處于同一水平，平均效率均超98%。以偏振無關全介質光柵為平臺，在同等激光條件、同等光柵光譜性能的條件下，開展研究全介質壓縮光柵抗激光損傷能力對偏振態的響應情況。研究結果顯示：TM偏振下1170 g/mm全介質光柵的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建生長模型，闡明了TM偏振全介質光柵具有低電場增強、對激發光強度的低敏感度、對損傷結構的低響應，以及低損傷生長動態，為研制高閾值介質光柵、建設大能量負載壓縮器尋求了新的技術路徑。目前，本團隊正將TM偏振全介質光柵的口徑推向米級，并開展性能更優異的設計方案，未來服務于我國大激光裝置建設。
研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、科技部、上海市戰略新興產業項目的支持。
圖 1偏振無關全介質光柵(a)多層傾角偏振無關光柵設計示意；(b)AFM測試樣品槽形輪廓；(c)SEM測試樣品剖面結構
圖2 光柵內部歸一化電場增強分布，激光從光柵左側入射，(a)對應TE偏振；(b)對應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標尺
圖3 損傷生長(a)損傷生長序列和對應的計算案例；(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)光柵脊內部最大電場增強值與燒蝕空泡橫截面大小的關系
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