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超强激光科学卓越创新简报

(第六百八十五期)

2025年7月10日

上海光机所在激光预处理提升DKDP晶体激光损伤性能机制方面取得新进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光元件技术与工程部薄膜光学研发中心研究团队在亚纳秒激光预处理通量对DKDP晶体激光损伤特性的影响机制上取得新进展。相关成果以“Fluence-dependent laser conditioning enhancement of laser induced damage properties in DKDP crystals”为题发表于Optics Communications。

DKDP（KDxH(2-x)PO4）晶体是高功率激光装置中极为关键的非线性光学材料，其抗激光损伤性能是决定系统输出能力的关键因素之一。激光预处理技术是提升DKDP晶体损伤阈值、保障装置安全运行的关键手段。研究系统评估了亚纳秒激光预处理通量对 DKDP 晶体的纳秒损伤密度、损伤形貌、表面粗糙度、线性吸收及非线性吸收特性的影响。

研究团队系统研究了不同通量（最高至5.0 J/cm²）亚纳秒激光预处理对DKDP晶体的影响。结果表明，提高预处理通量虽然增加了处理时间，但能显著增强晶体的抗损伤能力；经5.0 J/cm²亚纳秒激光预处理后，DKDP晶体的纳秒激光损伤密度从0.088 pp/mm³大幅降低至0.008 pp/mm³。研究发现，亚纳秒激光预处理显著改变了晶体的非线性光学特性；5.0 J/cm²预处理后，晶体非线性吸收系数下降约30%，同时纳秒损伤密度降低了一个数量级，揭示了两者间的强关联性。结合非线性吸收测试结果分析，研究团队推断DKDP晶体带隙中存在两个关键缺陷能级，亚纳秒激光预处理通过调控这些缺陷态（如改变其能量位置或浓度），有效抑制了激光损伤的发生，从而提升了晶体整体的抗损伤性能。该成果不仅深化了对激光预处理提升DKDP损伤性能物理机制的理解，也为利用非线性光学特性测试（如Z-scan）作为评估光学材料抗激光损伤性能的无损检测方法提供了重要依据。

相关工作得到了上海市“探索者”项目、中国科学院国际合作局对外合作重点项目、山东大学晶体材料国家重点实验室及中国科学院特别交流计划等项目的支持。

原文链接

图1. 不同亚纳秒激光预处理工艺后DKDP晶体的纳秒损伤密度曲线

图2 （a, d）1030 nm（b, e）515 nm（c, f）343 nm 激光辐照下DKDP晶体的2PA和3PA非线性吸收系数

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