氟化氪激光光致荧光在光学元件激光损伤探测中的应用

【摘要】： 高功率氟化氪准分子激光器具备输出波长短、频带宽、可重复频率运行的特性，且输出光束空间辐照均匀，被认为是一种有希望实现惯性约束核聚变的驱动器。由于短波长激光更易造成光学元件的损伤，因此光学元件的损伤阈值限制了氟化氪激光器的能量输出。光学元件的损伤阈值测试不但为强激光系统的设计以及运行提供了保障，也在光学元件抗激光损伤能力改善过程中起到关键作用。为满足“天光—Ⅰ”高功率准分子激光系统的稳定运行和能力提升的需求，实验室需要建立氟化氪激光损伤测试装置对实验室的各类镀膜光学元件的损伤阈值进行测试和监控。 为了研究和探测光学元件的激光损伤，国内外对激光损伤阈值测试方法进行了大量研究。利用激光和光学元件相互作用产生的各种效应探测光学元件的损伤，是激光损伤阈值测试的一个重要思路。 由于KrF准分子波长短，光致荧光效应比较明显。为建立符合实验室需要的损伤阈值测试装置，研究了利用KrF激光的光致荧光效应探测光学元件激光损伤的方法。实验研究了光学元件表面损伤前后荧光的变化，工作中观察到光学元件损伤过程伴随着荧光响应的饱和，测试样品损伤后荧光强度急剧增加直至其表面发生等离子体闪光。通过将荧光脉冲形状与辐照光脉冲相比较，发现激光损伤产生过程中由于荧光响应饱和导致荧光脉冲宽度展宽。实验建立了荧光显微成像系统对光学元件损伤引起的荧光光斑畸变进行观测。发现在高均匀性光束辐照下，未损伤光学元件表面的荧光光斑反映了辐照光的均匀性，一旦光学元件发生损伤，将可以观测到损伤部位的荧光强度异常。 利用氟化氪激光的光致荧光实现了各类紫外光学元件的激光损伤测试，通过Normaski显微镜对测试结果进行了检验。荧光显微成像由于测量结果直观，测试精度满足国际标准ISO 11254要求，且适合现场测试，满足了实验室对光学元件损伤阈值测试的需要。