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宽带高阈值低色散镜的性能研究

Performance of Broadband Low Dispersion Mirrors with High Damage Threshold

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摘要

宽带高损伤阈值低色散镜是拍瓦激光系统中不可或缺的光学元件。系统性地研究了金属-介质镜、介质镜和组合介质镜的光学性能、色散特性、抗损伤特性以及损伤机理。介质膜能够提高金属膜的损伤阈值,银-介质低色散镜的传输效率和损伤阈值比Au、Al更高;在飞秒激光作用下,金属-介质镜在近损伤阈值处为典型的鼓包形貌,这是由于金属层吸收了大量能量而产生了热应力破坏。在组合介质镜中,保护层HfO2的存在降低了Ta2O5中的电场,初始损伤层被转移至HfO2中,且在不牺牲反射带宽和色散性能的前提下介质膜的损伤阈值得到了提升。

Abstract

Low dispersion mirrors with broad bandwidth and high damage threshold are indispensable optical components in a petawatt (PW) laser system. Here, we systematically investigate the optical properties, dispersion characteristics, damage resistance characteristics and damage mechanisms of metal-dielectric mirrors, dielectric mirrors and ternary composite mirrors. The dielectric films can improve the damage thresholds of metal films. The transmission efficiency and damage threshold of silver-dielectric mirrors are higher than those of Au and Al. The typical damage morphology of near threshold metal-dielectric mirrors under the action of femtosecond lasers is bulge, and the reason is that the metal layer absorbs a lot of energy and causes the thermal stress damage. In ternary composite mirrors, the existence of the protective HfO2 layers makes the electric field in Ta2O5 decrease, the initial damage layer is transferred to HfO2, and the threshold increases without sacrificing reflection bandwidth and dispersion performance.

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补充资料

中图分类号:O436

DOI:10.3788/CJL202047.1103001

所属栏目:材料与薄膜

基金项目:国家自然科学基金、中意政府间合作项目 、国家自然科学基金委员会与中国工程物理研究院联合基金、中国科学院青年创新促进会基金、中国科学院战略性先导科技专项;

收稿日期:2020-06-15

修改稿日期:2020-06-30

网络出版日期:2020-11-01

作者单位    点击查看

张宇晖:中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海 201800中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800
王胭脂:中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海 201800中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800中国科学院超强激光科学卓越创新中心, 上海 201800
陈瑞溢:中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海 201800中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800
王志皓:中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海 201800中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800
赵娇玲:中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海 201800中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800中国科学院超强激光科学卓越创新中心, 上海 201800
李大伟:中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海 201800中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800中国科学院超强激光科学卓越创新中心, 上海 201800
赵元安:中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海 201800中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800中国科学院超强激光科学卓越创新中心, 上海 201800
朱美萍:中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海 201800中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800中国科学院超强激光科学卓越创新中心, 上海 201800
易葵:中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海 201800中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800中国科学院超强激光科学卓越创新中心, 上海 201800
晋云霞:中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海 201800中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800中国科学院超强激光科学卓越创新中心, 上海 201800
贺洪波:中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海 201800中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800中国科学院超强激光科学卓越创新中心, 上海 201800
冷雨欣:中国科学院超强激光科学卓越创新中心, 上海 201800中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
邵建达:中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室, 上海 201800中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800中国科学院超强激光科学卓越创新中心, 上海 201800

联系人作者:王胭脂(yanzhiwang@siom.ac.cn); 贺洪波(yanzhiwang@siom.ac.cn);

备注:国家自然科学基金、中意政府间合作项目 、国家自然科学基金委员会与中国工程物理研究院联合基金、中国科学院青年创新促进会基金、中国科学院战略性先导科技专项;

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引用该论文

Zhang Yuhui,Wang Yanzhi,Chen Ruiyi,Wang Zhihao,Zhao Jiaoling,Li Dawei,Zhao Yuanan,Zhu Meiping,Yi Kui,Jin Yunxia,He Hongbo,Leng Yuxin,Shao Jianda. Performance of Broadband Low Dispersion Mirrors with High Damage Threshold[J]. Chinese Journal of Lasers, 2020, 47(11): 1103001

张宇晖,王胭脂,陈瑞溢,王志皓,赵娇玲,李大伟,赵元安,朱美萍,易葵,晋云霞,贺洪波,冷雨欣,邵建达. 宽带高阈值低色散镜的性能研究[J]. 中国激光, 2020, 47(11): 1103001

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