重频多脉冲激光诱导光学薄膜的破坏机制研究

光学薄膜的多脉冲破坏问题关系到元件的长期工作稳定性，从而影响激光系统运行的稳定性，不仅是个科学问题，也是应用中需要解决的技术问题。四十多年来，针对光学薄膜破坏问题的研究主要集中在单脉冲激光作用诱导光学薄膜的破坏方面，而对光学薄膜的多脉冲破坏问题还缺乏系统的研究。本项目拟研究重频多脉冲激光在不同激光参数下（不同波长、不同光斑、不同重复频率）诱导薄膜元件的破坏统计特性和阈值变化规律；同时利用在线局域光热探测、荧光光谱分析和多种微观、材料特性分析设备研究光学薄膜与多脉冲激光相互作用过程中薄膜材料性质变化、新缺陷产生机制、破坏发生发展过程及微破坏斑尺寸增长特性和机制等方面内容，发展适用于亚阈值多脉冲激薄膜诱导光学薄膜的激光破坏机制与过程理论和获得薄膜元件微破坏斑尺寸的多脉冲增长机制和增长规律。

光学薄膜元件是激光器中的抗激光薄弱元件，其破坏问题一直是激光向高功率、大能量方向发展的瓶颈之一，同时也是影响整个激光系统使用寿命的决定性因素之一。从实际应用出发，光学薄膜元件总要经受多次激光的作用。相比于单脉冲激光作用，在低重复频率多次激光作用下，很多光学材料（包括光学薄膜）的多脉冲破坏阈值要比单脉冲低，即多脉冲激光损伤的累积效应。光学薄膜元件的多脉冲破坏问题不仅是个科学问题，也是个应用中需要解决的技术问题。.通过对典型薄膜元件（1ω、2ω和3ω三个波长的反射薄膜、增透膜、单层膜等）在不同激光脉冲作用下的损伤实验研究，揭示了典型薄膜元件在不同脉冲辐照次数下的破坏统计特性和阈值变化规律；通过利用缺陷密度拟合和多种微观、材料特性分析等方法对重频多脉冲激光不同波长下与薄膜材料的相互作用及其引起的破坏源头和过程研究，分别得到了不同波长下单脉冲和多脉冲的损伤源头和破坏机制，发现基频和二倍频多脉冲激光作用下光学薄膜存在明显的由于材料改性引起的累积效应；建立了多脉冲激光作用下光学薄膜破坏的理论模型。总的来说，基金申请书中的研究内容如期完成并取得了预期的研究成果。