光学元器件的激光损伤问题, 一直以来都困扰着超强超短激光系统的进一步发展。飞秒激光领域, 激光脉冲引起的光学器件损伤主要由材料的本征特性决定。光学材料内的多光子电离、雪崩电离、导带电子弛豫等一系列非线性过程, 与材料的激光损伤过程密切相关。利用泵浦探测技术, 采用中心波长为800 nm, 重复频率1 kHz的飞秒激光脉冲, 对Nb2O5/SiO2啁啾镜介质膜的内部与飞秒激光损伤相关的超快动力学进行了研究。发现强的泵浦光脉冲辐照结束后飞秒乃至几十皮秒的范围内, 啁啾镜对探测光的反射率有一定程度的下降。反射率降低的主要原因是泵浦光在介质膜的Nb2O5层内激发的大量的自由电子对探测光吸收所致, 且该过程对激光诱导损伤过程起主导作用。通过反射率的变化, 对其介质膜内导带电子弛豫过程进行探究, 测定得到其衰减寿命, 分别为1.31、6.88、22.34 ps。

利用紫外飞秒激光光谱技术研究了Al2O3/SiO2高反射膜内的超快载流子动力学。通过实验, 发现该反射膜Al2O3层的载流子动力学在紫外反射膜的激光诱导损伤中起着至关重要的作用。通过泵浦-探测实验, 发现紫外飞秒激光与光学薄膜作用后, 光学薄膜反射率有所下降, 且探测光反射率变化的峰值在约2.3 ps的时间内从417 nm左右转移到402 nm左右。为了更好的解释激光诱导载流子动力学, 一个具体的理论模型被提出来, 该模型指出导带自由电子弛豫过程中与晶格相互作用, 产生距导带一个光子能量的中间缺陷态, 其初始电子密度影响了材料损伤阈值高低。通过该理论模型得出的激光损伤阈值数据和实验数据吻合得很好。