Pulsed laser-induced damage threshold measurement and damage performance of optical components

MA Bin; HOU Zhiqiang; JIAO Hongfei; ZHANG Jinlong; SHEN Zhengxiang; CHENG Xinbin; WANG Zhanshan

doi:10.37188/OPE.20223021.2805

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Pulsed laser-induced damage threshold measurement and damage performance of optical components

更新时间：2022-11-22

- Pulsed laser-induced damage threshold measurement and damage performance of optical components
- Optics and Precision Engineering Vol. 30, Issue 21, Pages: 2805-2826(2022)
- 作者机构：
  
  同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台，上海 200092
- 作者简介：
  
  E-mail： wangzs@tongji.edu.cn
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20223021.2805
  CLC： O436
- Received：18 July 2022，
  
  Revised：15 August 2022，
  
  Published：10 November 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
马彬,侯志强,焦宏飞等.脉冲激光损伤阈值测量技术及光学元件损伤性能[J].光学精密工程,2022,30(21):2805-2826.

MA Bin,HOU Zhiqiang,JIAO Hongfei,et al.Pulsed laser-induced damage threshold measurement and damage performance of optical components[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(21):2805-2826.
马彬,侯志强,焦宏飞等.脉冲激光损伤阈值测量技术及光学元件损伤性能[J].光学精密工程,2022,30(21):2805-2826. DOI： 10.37188/OPE.20223021.2805.

MA Bin,HOU Zhiqiang,JIAO Hongfei,et al.Pulsed laser-induced damage threshold measurement and damage performance of optical components[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(21):2805-2826. DOI： 10.37188/OPE.20223021.2805.

摘要

基于我国强激光装置建设和工程任务需求，同济大学建立了基于纳秒与飞秒脉冲激光的自动化激光损伤阈值测试系统，该系统具有微米与亚微米级损伤的自动检测、定位复检、瞬态诊断和原位测量功能，测试流程基于ISO标准与光栅扫描等方法；此外，通过国际损伤阈值评测，实现了测量结果的国际对标。十多年来，利用该激光损伤阈值测试系统，我们系统研究了基板研磨与抛光工艺、超声清洗与表面残留、薄膜设计与大角度抑制、三维电场模拟与透镜聚焦效应、镀膜材料选择与氧化工艺、节瘤几何成型控制与平坦化、环境保持与传递控制、镀膜优化与辅助工艺、退火工艺与后处理技术、存放环境与人为污染等各类因素对激光损伤阈值的影响和作用规律；根据不同研究对象在不同参数和工作条件下的激光损伤特征，研究了激光损伤诱因、损伤演化及损伤机理；此外，基于泵浦-探测成像技术研究了透射元件的损伤动力学特性。激光损伤阈值表征与损伤溯源为课题组超高阈值和大尺寸激光薄膜器件的研制提供了关键的支撑技术，同时，为国内外数十家科研机构、高校院所和企业提供了高置信度的激光损伤阈值测试服务。

Abstract

According to China's construction and engineering mission requirements for high-power laser devices， Tongji University has established a nanosecond- and femtosecond-pulse-laser automated laser-induced damage threshold test system. The system can perform automatic detection， location reinspection， transient diagnosis， and in situ measurement of micrometer and submicrometer damage via a testing process based on the ISO standard and raster scan method. In addition， through extensive academic exchanges and international damage threshold evaluation， an international standard calibration of the measurement results was performed. Utilizing this test system for over a decade， we systematically studied the effects of the following factors on the laser-induced damage threshold： substrate lapping and polishing， ultrasonic cleaning and surface residue， thin film design and large-angle suppression， three-dimensional electric field simulation and the lens-focusing effect， coating material selection and oxidation， geometric shaping control and planarization of nodules， environment retention and transfer control， coating optimization and auxiliary processes， annealing and post-processing， storage environment and anthropogenic pollution， and others. According to the laser damage characteristics of different objects under different parameters and working conditions， the inducement， evolution， and mechanism of laser damage are studied. In addition， the laser damage dynamic characteristics of transmission elements are studied based on pump-probe imaging. Laser-induced damage threshold characterization and damage precursor tracing are the key technologies used by our research group in the development of ultra-high-threshold and large-size laser thin-film devices. Notably， our system provides high-confidence laser-induced damage threshold testing services for several domestic and foreign scientific research institutions， universities， and enterprises.

关键词

Keywords

references

张小民，魏晓峰 . 中国新一代巨型高峰值功率激光装置发展回顾［J］. 中国激光， 2019 ， 46 （ 1 ）： 23 - 32 . doi: 10.3788/cjl201946.0100003 http://dx.doi.org/10.3788/cjl201946.0100003

ZHANG X M ， WEI X F . Review of new generation of huge-scale high peak power laser facility in China ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2019 ， 46 （ 1 ）： 23 - 32 . （in Chinese） . doi: 10.3788/cjl201946.0100003 http://dx.doi.org/10.3788/cjl201946.0100003

LIU F ， DONG S Y ， ZHANG J L ， et al . Interface and material engineering for zigzag slab lasers ［J］. Scientific Reports ， 2017 ， 7 ： 16699 . doi: 10.1038/s41598-017-16968-0 http://dx.doi.org/10.1038/s41598-017-16968-0

CHENG X B ， SHEN Z X ， JIAO H F ， et al . Laser damage study of nodules in electron-beam-evaporated HfO 2 /SiO 2 high reflectors ［J］. Applied Optics ， 2011 ， 50 （ 9 ）： C357 - C363 . doi: 10.1364/ao.50.00c357 http://dx.doi.org/10.1364/ao.50.00c357

MAIMAN T H . Stimulated optical radiation in ruby ［J］. Nature ， 1960 ， 187 （ 4736 ）： 493 - 494 . doi: 10.1038/187493a0 http://dx.doi.org/10.1038/187493a0

GIULIANO C R . Laser-induced damage to transparent dielectric materials ［J］. Applied Physics Letters ， 1964 ， 5 （ 7 ）： 137 - 139 . doi: 10.1063/1.1754087 http://dx.doi.org/10.1063/1.1754087

GLASS A J ， GUENTHER A H . Laser induced damage of optical elements-a status report ［J］. Applied Optics ， 1973 ， 12 （ 4 ）： 637 - 649 . doi: 10.1364/ao.12.000637 http://dx.doi.org/10.1364/ao.12.000637

LUBIN M J ， SOURES J M ， GOLDMAN L M . Large-aperture Nd-glass laser amplifier for high-peak-power application ［J］. Journal of Applied Physics ， 1973 ， 44 （ 1 ）： 347 - 350 . doi: 10.1063/1.1661885 http://dx.doi.org/10.1063/1.1661885

GLASS A ， GUENTHER A J M R ， STANDARDS . Damage in laser glass ［J］. ASTM Special Tech Pub ， 1969 ， 9 （ 11 ）： 14 .

WEAVER H J ， SOMMARGREN G E ， BLISS E S . Self-calibration and analysis of image formation In the sub-nanosecond domain ［C］. Acquisition and Analysis of Pictorial Data. Proc SPIE 0048 ， Acquisition and Analysis of Pictorial Data， San Diego， USA . 1975 ， 0048 ： 63 - 68 . doi: 10.1117/12.954073 http://dx.doi.org/10.1117/12.954073

MILAM D . Laser-induced damage at 1064 nm， 125 psec ［J］. Applied Optics ， 1977 ， 16 （ 5 ）： 1204 - 1213 . doi: 10.1364/ao.16.001204 http://dx.doi.org/10.1364/ao.16.001204

LOWDERMILK W ， MILAM D . Laser-induced surface and coating damage ［J］. IEEE Journal of Quantum Electronics ， 1981 ， 17 （ 9 ）： 1888 - 1903 . doi: 10.1109/jqe.1981.1071329 http://dx.doi.org/10.1109/jqe.1981.1071329

JACOBS S D ， CERQUA K A ， MARSHALL K L ， et al . Liquid-crystal laser optics： design， fabrication， and performance ［J］. Journal of the Optical Society of America B ， 1988 ， 5 （ 9 ）： 1962 - 1979 . doi: 10.1364/josab.5.001962 http://dx.doi.org/10.1364/josab.5.001962

HUE J ， GARREC P ， DIJON J ， et al . R-on-1 automatic mapping： a new tool for laser damage testing ［C］. Laser-Induced Damage in Optical Materials ： 1995 . Proc SPIE 2714， Boulder ， CO ， USA . 1996， 2714 ： 90 - 101 . doi: 10.1117/12.240352 http://dx.doi.org/10.1117/12.240352

EVA E ， MANN K ， KAISER N ， et al . Laser conditioning of LaF 3 /MgF 2 dielectric coatings at 248 nm ［J］. Applied Optics ， 1996 ， 35 （ 28 ）： 5613 - 5619 . doi: 10.1364/ao.35.005613 http://dx.doi.org/10.1364/ao.35.005613

GUENTHER K H ， HUMPHERYS T W ， BALMER J ， et al . 1.06-μm laser damage of thin film optical coatings： a round-robin experiment involving various pulse lengths and beam diameters ［J］. Applied Optics ， 1984 ， 23 （ 21 ）： 3743 - 3752 . doi: 10.1364/ao.23.003743 http://dx.doi.org/10.1364/ao.23.003743

Lasers and laser-related equipment - Test methods for laser-induced damage threshold - Part 2： Threshold determination： ISO 21254-2： 2011［S］. International Organization for Standardization ［ISO］， 2011 .

SEITEL S C ， GIESEN A ， BECKER J . International standard test method for laser-induced damage threshold of optical surfaces ［C］. Optical Materials for High Power Lasers. Proc SPIE 1848 ， Boulder ， CO ， USA . 1993 ， 1848 ： 2 - 3 . doi: 10.1117/12.147416 http://dx.doi.org/10.1117/12.147416

Lasers and laser-related equipment-Determination of laser-induced damage threshold of optical surfaces-Part 1： 1-on-1 test： ISO 11254-1： 2000［S］. International Organization for Standardization ［ISO］， 2000 .

Lasers and laser-related equipment - Determination of laser-induced damage threshold of optical surfaces - Part 2： S-on-1 test： ISO 11254-2： 2001［S］. International Organization for Standardization ［ISO］， 2001 .

国家技术监督局 . 光学表面激光损伤阈值测试方法第1部分： 1对1测试： GB/T 16601—1996 ［S］. 北京：中国标准出版社， 1997 . doi: 10.3969/j.issn.1004-0668.2003.01.024 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1004-0668.2003.01.024

State Bureau of Quality and Technical Supervision of the People's Republic of China . Test methods for laser induced damage threshold of optical surfaces Part 1： 1 on 1 test ： GB/T 16601—1996 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 1997 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1004-0668.2003.01.024 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1004-0668.2003.01.024

激光器和激光相关设备-激光损伤阈值测试方法-第2部分：阈值确定： GB/T 16601.2 ［S］. 国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会， 2017 .

Lasers and laser-related equipment-Test methods for laser-induced damage threshold-Part 2： Threshold determination ： GB/T 16601.2 ［S］. General Administration of Quality Supervision， Inspection and Quarantine of the People's Republic of China， Standardization Administration of the People's Republic of China， 2017 . （in Chinese）

VOLTO P ， ROUSSEL A ， CORDILLOT C ， et al . Refined statistical measurements of laser damage ［C］. Laser-Induced Damage in Optical Materials ： 1999 . Proc SPIE 3902， Laser-Induced Damage in Optical Materials： 1999， Boulder ， CO ， USA . 2000， 3902 ： 332 - 338 . doi: 10.1117/12.379316 http://dx.doi.org/10.1117/12.379316

WANG D Y H ， Jr ENGLISH R E ， AIKENS D M . Implementation of ISO 10110 optics drawing standards for the National Ignition Facility ［C］. SPIE's International Symposium on Optical Science， Engineering， and Instrumentation. Proc SPIE 3782 ， Optical Manufacturing and Testing III ， Denver ， CO， USA . 1999 ， 3782 ： 502 - 508 . doi: 10.1117/12.369230 http://dx.doi.org/10.1117/12.369230

WOLFE J . Small optics laser damage test procedure ［J］. Technical Report ， 2017 . doi: 10.2172/1404860 http://dx.doi.org/10.2172/1404860

CHOW R ， RUNKEL M ， TAYLOR J R . Laser damage testing of small optics for the National Ignition Facility ［J］. Applied Optics ， 2005 ， 44 （ 17 ）： 3527 - 3531 . doi: 10.1364/ao.44.003527 http://dx.doi.org/10.1364/ao.44.003527

BORDEN M ， FOLTA J ， STOLZ C ， et al . Improved method for laser damage testing coated optics ［C］. Laser-Induced Damage in Optical Materials ： 2005 . SPIE ， 2006 ， 5991 ： 694 - 703 . doi: 10.1117/12.637825 http://dx.doi.org/10.1117/12.637825

NESS D C ， STREATER A D . Automated system for laser damage testing of coated optics ［C］. SPIE Proceedings"， "Laser-Induced Damage in Optical Materials ： 2005 . Boulder， CO. SPIE ， 2006 ， 5991 ： 59912B . doi: 10.1117/12.638987 http://dx.doi.org/10.1117/12.638987

HOOSE J . The Omega Fusion Laser System ［C］. Systems Integration and Optical Design ： Another Look. SPIE ， 1977 ， 103 ： 22 - 28 . doi: 10.1117/12.955392 http://dx.doi.org/10.1117/12.955392

MAYWAR D N ， KELLY J H ， WAXER L J ， et al . OMEGA EP high-energy petawatt laser： progress and prospects ［J］. Journal of Physics： Conference Series ， 2008 ， 112 （ 3 ）： 032007 . doi: 10.1088/1742-6596/112/3/032007 http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/112/3/032007

PERRY M D ， PENNINGTON D ， STUART B C ， et al . Petawatt laser pulses ［J］. Optics Letters ， 1999 ， 24 （ 3 ）： 160 - 162 . doi: 10.1364/ol.24.000160 http://dx.doi.org/10.1364/ol.24.000160

MOSES E I . Ignition on the national ignition facility ［J］. Journal of Physics： Conference Series ， 2008 ， 112 （ 1 ）： 012003 . doi: 10.1088/1742-6596/112/1/012003 http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/112/1/012003

LEEMANS W P ， DANIELS J ， DESHMUKH A ， et al . BELLA laser and operations ［J］. Proceedings of PAC2013 ， Pasadena， 2013 ： 1097 - 1100 .

EBRARDT J ， CHAPUT J M . LMJ on its way to fusion ［J］. Journal of Physics： Conference Series ， 2010 ， 244 （ 3 ）： 032017 . doi: 10.1088/1742-6596/244/3/032017 http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/244/3/032017

DANSON C N ， BRUMMITT P A ， CLARKE R J ， et al . Vulcan petawatt - An ultra-high-intensity interaction facility ［J］. Nuclear Fusion ， 2004 ， 44 （ 12 ）： S239 . doi: 10.1088/0029-5515/44/12/s15 http://dx.doi.org/10.1088/0029-5515/44/12/s15

BAGNOUD V ， AURAND B ， BLAZEVIC A ， et al . Commissioning and early experiments of the PHELIX facility ［J］. Applied Physics B ， 2010 ， 100 （ 1 ）： 137 - 150 . doi: 10.1007/s00340-009-3855-7 http://dx.doi.org/10.1007/s00340-009-3855-7

LOZHKAREV V V ， FREIDMAN G I ， GINZBURG V N ， et al . 200 TW 45 fs laser based on optical parametric chirped pulse amplification ［J］. Optics Express ， 2006 ， 14 （ 1 ）： 446 - 454 . doi: 10.1364/opex.14.000446 http://dx.doi.org/10.1364/opex.14.000446

ZHU J Q ， ZHU J ， LI X C ， et al . Status and development of high-power laser facilities at the NLHPLP ［J］. High Power Laser Science and Engineering ， 2018 ， 6 （ 4 ）： 21 - 43 . doi: 10.1017/hpl.2018.46 http://dx.doi.org/10.1017/hpl.2018.46

ZHENG W G ， WEI X F ， ZHU Q H ， et al . Laser performance of the SG-III laser facility ［J］. High Power Laser Science and Engineering ， 2016 ， 4 . doi: 10.1017/hpl.2016.20 http://dx.doi.org/10.1017/hpl.2016.20

WOLFE J E ， SCHRAUTH S E . Automated laser-damage test system with real-time damage event imaging and detection ［C］. Boulder Damage Symposium XXXVIII ： Annual Symposium on Optical Materials for High Power Lasers. Proc SPIE 6403 ， Laser-Induced Damage in Optical Materials： 2006， Boulder ， Colorado ， USA . 2007， 6403 ： 688 - 696 .

KOZLOV A A ， PAPERNOV S ， OLIVER J B ， et al . Study of the picosecond laser damage in HfO 2 /SiO 2 0based thin-film coatings in vacuum ［C］. SPIE Laser Damage. Proc SPIE 10014 ， Laser-Induced Damage in Optical Materials 2016， Boulder， Colorado， USA . 2017， 10014 ： 204 - 210 .

XU Y J ， EMMERT L A ， RUDOLPH W . Spatio-TEmporally REsolved Optical Laser Induced Damage （STEREO LID） technique for material characterization ［J］. Optics Express ， 2015 ， 23 （ 17 ）： 21607 - 21614 . doi: 10.1364/oe.23.021607 http://dx.doi.org/10.1364/oe.23.021607

RISTAU D ， JUPÉ M ， STARKE K . Laser damage thresholds of optical coatings ［J］. Thin Solid Films ， 2009 ， 518 （ 5 ）： 1607 - 1613 . doi: 10.1016/j.tsf.2009.07.150 http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2009.07.150

GALLAIS L ， NATOLI J Y ， AMRA C . Statistical study of single and multiple pulse laser-induced damage in glasses ［J］. Optics Express ， 2002 ， 10 （ 25 ）： 1465 - 1474 . doi: 10.1364/oe.10.001465 http://dx.doi.org/10.1364/oe.10.001465

BATAVIČIŪTĖ G ， ŠČIUKA M ， MELNINKAITIS A . Direct comparison of defect ensembles extracted from damage probability and raster scan measurements ［J］. Journal of Applied Physics ， 2015 ， 118 （ 10 ）： 105306 . doi: 10.1063/1.4929963 http://dx.doi.org/10.1063/1.4929963

LAMAIGNèRE L ， OLLé A ， CHOREL M ， et al . Round-robin measurements of the laser-induced damage threshold with sub-picosecond pulses on optical single layers ［J］. Optical Engineering ， 2020 ， 60 （ 3 ）： 031005 . doi: 10.1117/1.oe.60.3.031005 http://dx.doi.org/10.1117/1.oe.60.3.031005

SCHRAMEYER S ， JUPé M ， JENSEN L ， et al . Algorithm for cumulative damage probability calculations in S-on-1 laser damage testing ［C］. SPIE Laser Damage. Proc SPIE 8885 ， Laser-Induced Damage in Optical Materials： 2013， Boulder， Colorado， USA . 2013， 8885 ： 195 - 201 .

WAGNER F R ， MELNINKAITIS A ， BATAVIČIUTĖ G ， et al . Characterization of damage precursor density from laser damage probability measurements with non-Gaussian beams ［C］. SPIE Laser Damage. Proc SPIE 9632 ， Laser-Induced Damage in Optical Materials： 2015 ， Boulder ， Colorado ， USA . 2015 ， 9632 ： 334 - 339 . doi: 10.1117/12.2196604 http://dx.doi.org/10.1117/12.2196604

BATAVIČIUTĖ G ， GRIGAS P ， SMALAKYS L ， et al . Revision of laser-induced damage threshold evaluation from damage probability data ［J］. Review of Scientific Instruments ， 2013 ， 84 （ 4 ）： 045108 . doi: 10.1063/1.4801955 http://dx.doi.org/10.1063/1.4801955

STOLZ C J ， NEGRES R A ， ARENBERG J W . Monte Carlo analysis of ISO and raster scan laser damage protocols ［C］. SPIE Laser Damage. Proc SPIE 11173 ， Laser-Induced Damage in Optical Materials 2019 ， Broomfield （Boulder area）， Colorado ， USA . 2019 ， 11173 ： 139 - 148 . doi: 10.1117/12.2536443 http://dx.doi.org/10.1117/12.2536443

STOLZ C J ， THOMAS M D ， GRIFFIN A J . BDS thin film damage competition ［C］. Laser-Induced Damage in Optical Materials： 2008， Proceedings SPIE. Boulder， CO. SPIE ， 2008 ， 7132 ： 71320C . doi: 10.1117/12.806287 http://dx.doi.org/10.1117/12.806287

STOLZ C J ， RISTAU D ， TUROWSKI M ， et al . Thin film femtosecond laser damage competition ［C］. Laser Damage Symposium XLI ： Annual Symposium on Optical Materials for High Power Lasers. Proc SPIE 7504 ， Laser-Induced Damage in Optical Materials： 2009， Boulder ， Colorado ， USA . 2009， 7504 ： 273 - 278 .

STOLZ C J ， CAPUTO M ， GRIFFIN A J ， et al . BDS thin film UV antireflection laser damage competition ［C］. Laser Damage Symposium XLII ： Annual Symposium on Optical Materials for High Power Lasers. Proc SPIE 7842 ， Laser-Induced Damage in Optical Materials： 2010， Boulder ， Colorado ， USA . 2010， 7842 ： 62 - 67 .

STOLZ C J ， BLASCHKE H ， JENSEN L ， et al . Excimer mirror thin film laser damage competition ［J］. Laser-Induced Damage in Optical Materials ： 2011 ， 2011， 8190 ： 81 - 89 . doi: 10.1117/12.899187 http://dx.doi.org/10.1117/12.899187

STOLZ C J ， RUNKEL J . Brewster angle polarizing beamsplitter laser damage competition： P polarization ［C］. SPIE Laser Damage. Proc SPIE 8530 ， Laser-Induced Damage in Optical Materials： 2012， Boulder， Colorado， USA . 2012， 8530 ： 134 - 140 .

STOLZ C J ， RUNKEL J . Brewster angle thin film polarizing beamsplitter laser damage competition： “S” polarization ［C］. SPIE Laser Damage. Proc SPIE 8885 ， Laser-Induced Damage in Optical Materials： 2013， Boulder， Colorado， USA . 2013， 8885 ： 18 - 25 .

STOLZ C J ， CAPUTO M ， GRIFFIN A J ， et al . 1064-nm Fabry-Perot transmission filter laser damage competition ［C］. SPIE Laser Damage. Proc SPIE 9237 ， Laser-Induced Damage in Optical Materials： 2014， Boulder， Colorado， USA . 2014， 9237 ： 81 - 86 .

STOLZ C J ， NEGRES R A ， KAFKA K ， et al . 150-ps broadband low dispersion mirror thin film damage competition ［C］. SPIE Laser Damage. Proc SPIE 9632 ， Laser-Induced Damage in Optical Materials： 2015 ， Boulder ， Colorado ， USA . 2015 ， 9632 ： 39 - 46 . doi: 10.1117/12.2195592 http://dx.doi.org/10.1117/12.2195592

NEGRES R ， STOLZ C ， KAFKA K R ， et al . 40-fs broadband low dispersion mirror thin film damage competition ［C］. Laser-Induced Damage in Optical Materials 2016. SPIE ， 2016 ， 10014 ： 50 - 58 . doi: 10.1117/12.2244758 http://dx.doi.org/10.1117/12.2244758

NEGRES R ， STOLZ C ， THOMAS M D ， et al . 355-nm， nanosecond laser mirror thin film damage competition ［C］. Laser-Induced Damage in Optical Materials 2017. SPIE ， 2017 ， 10447 ： 55 - 62 . doi: 10.1117/12.2279981 http://dx.doi.org/10.1117/12.2279981

NEGRES R A ， STOLZ C J ， THOMAS M D ， et al . 1064-nm， nanosecond laser mirror thin film damage competition ［C］. SPIE Laser Damage. Proc SPIE 11173 ， Laser-Induced Damage in Optical Materials 2019 ， Broomfield （Boulder area）， Colorado ， USA . 2019 ， 11173 ： 19 - 26 . doi: 10.1117/12.2531861 http://dx.doi.org/10.1117/12.2531861

NEGRES R A ， STOLZ C J ， BATAVIČIŪTĖ G ， et al . 532-nm， nanosecond laser mirror thin film damage competition ［C］. SPIE Laser Damage. Proc SPIE 11514， Laser-Induced Damage in Optical Materials 2020 ， 2020 ， 11514 ： 22 - 30 . doi: 10.1117/12.2566691 http://dx.doi.org/10.1117/12.2566691

NEGRES R A ， STOLZ C J ， BATAVIČIŪTĖ G ， et al . 515-nm， femtosecond laser mirror thin film damage competition ［C］. SPIE Laser Damage. Proc SPIE 11910， Laser-Induced Damage in Optical Materials 2021， Online Only . 2021 ， 11910 ： 119100B . doi: 10.1117/12.2597206 http://dx.doi.org/10.1117/12.2597206

PROTOPAPA M L ， DE TOMASI F ， PERRONE M R ， et al . Laser damage studies on MgF 2 thin films ［J］. Journal of Vacuum Science & Technology A： Vacuum， Surfaces， and Films ， 2001 ， 19 （ 2 ）： 681 - 688 . doi: 10.1116/1.1347049 http://dx.doi.org/10.1116/1.1347049

CHENG X B ， DONG S Y ， ZHI S ， et al . Waterproof coatings for high-power laser cavities ［J］. Light： Science & Applications ， 2019 ， 8 ： 12 . doi: 10.1038/s41377-018-0118-6 http://dx.doi.org/10.1038/s41377-018-0118-6

黄晚晴 . 大口径熔石英元件表面激光损伤特性研究［D］. 北京：中国工程物理研究院， 2009 .

HUANG W Q . Study on Laser Damage Characteristics of Large Diameter Fused Shi Ying Components ［D］. Beijing ： China Academy of Engineering Physics ， 2009 . （in Chinese）

张立卫 . 应力条件下真空光学窗口激光损伤研究［D］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2021 .

ZHANG L W . Research on Laser-induced Damage of Vacuum Optical Windows under Stress ［D］. Harbin ： Harbin Institute of Technology ， 2021 . （in Chinese）

赵元安 . 脉冲激光对光学薄膜的损伤机理及测试技术研究［D］. 上海：中国科学院上海光学精密机械研究所， 2005 .

ZHAO Y A . Study on Damage Mechanism and Testing Technology of Optical Thin Film Caused by Laser Pulse ［D］. Shanghai ： Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics， Chinese Academy of Sciences ， 2005 . （in Chinese）

程春娟 . 激光薄膜损伤阈值测试控制系统研究［D］. 西安：西安工业大学， 2010 . doi: 10.7666/d.y1750038 http://dx.doi.org/10.7666/d.y1750038

CHENG CH J . Research on Testing System Control of Laser Film Damage Threshold ［D］. Xi'an ： Xi'an Technological University ， 2010 . （in Chinese） . doi: 10.7666/d.y1750038 http://dx.doi.org/10.7666/d.y1750038

韩文钦，郭喜庆，解官宝，等 . VO 2 光学薄膜的脉冲激光损伤特性测试［J］. 应用光学， 2013 ， 34 （ 4 ）： 690 - 694 .

HAN W Q ， GUO X Q ， XIE G B ， et al . Pulse laser damage characteristic measurement of VO 2 optical thin film ［J］. Journal of Applied Optics ， 2013 ， 34 （ 4 ）： 690 - 694 . （in Chinese）

隋婷婷 . 紫外光学元件激光损伤特性测试与分析［D］. 长沙：国防科学技术大学， 2015 .

SUI T T . Measurement and Analysis of Laser-induced Damage Characteristics for Ultraviolet Optics ［D］. Changsha ： National University of Defense Technology ， 2015 . （in Chinese）

王菲，李玉瑶，车英，等 . 平顶激光束诱导薄膜损伤阈值测量系统［J］. 光子学报， 2016 ， 45 （ 3 ）： 17 - 22 . doi: 10.3788/gzxb20164503.0314003 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20164503.0314003

WANG F ， LI Y Y ， CHE Y ， et al . Measurement system of flattop laser induced damage threshold to film ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2016 ， 45 （ 3 ）： 17 - 22 . （in Chinese） . doi: 10.3788/gzxb20164503.0314003 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20164503.0314003

MA B ， ZHANG Y Y ， MA H P ， et al . Automated laser damage threshold test systems of different test modes for optical elements ［C］. SPIE Laser Damage. Proc SPIE 8530 ， Laser-Induced Damage in Optical Materials： 2012， Boulder， Colorado， USA . 2012， 8530 ： 403 - 410 .

ZHAO Y A ， HU G H ， LIU S J ， et al . Fast inspection of bulk and surface defects of large aperture optics in high power lasers ［C］. SPIE Optical Metrology. Proc SPIE 9525 ， Optical Measurement Systems for Industrial Inspection IX， Munich， Germany . 2015 ， 9525 ： 690 - 696 . doi: 10.1117/12.2184582 http://dx.doi.org/10.1117/12.2184582

PAKALNYTĖ R ， PUPKA E ， MELNINKAITIS A . Direct comparison of laser-induced damage threshold testing protocols on dielectric mirrors： effect of nanosecond laser pulse shape at NIR and UV wavelengths ［C］. SPIE Laser Damage. Proc SPIE 11173 ， Laser-Induced Damage in Optical Materials 2019 ， Broomfield （Boulder area）， Colorado ， USA . 2019 ， 11173 ： 92 - 101 . doi: 10.1117/12.2536456 http://dx.doi.org/10.1117/12.2536456

ROGER M W . 光学材料的激光诱导损伤［M］. 成都：西南交通大学出版社， 2011 .

ROGER M W . Laser-induced Damage of Optical Materials ［M］. Chengdu ： Southwest Jiaotong University Press ， 2011 . （in Chinese）

RISTAU D . Laser-induced damage in optical materials ［M］. Boca Raton ： CRC Press-Taylor & Francis Group ， 2015 .

MA B ， WANG K ， HAN J Q ， et al . Difference in laser-induced damage behavior between back and front surfaces ［J］. Laser Physics ， 2020 ， 30 （ 3 ）： 036003 . doi: 10.1088/1555-6611/ab70b5 http://dx.doi.org/10.1088/1555-6611/ab70b5

DANILEĬKO Y K ， MANENKOV A A ， NECHITAĬLO V S . The mechanism of laser-induced damage in transparent materials， caused by thermal explosion of absorbing inhomogeneities ［J］. Soviet Journal of Quantum Electronics ， 1978 ， 8 （ 1 ）： 116 - 118 . doi: 10.1070/qe1978v008n01abeh008443 http://dx.doi.org/10.1070/qe1978v008n01abeh008443

SHEN Z X ， WANG X D ， YE X W ， et al . Influence of cleaning process on the laser induced damage threshold of substrates ［J］. OSA Technical Digest （Optica Publishing Group 2010 ）， 2010： FA12 . doi: 10.1364/oic.2010.fa12 http://dx.doi.org/10.1364/oic.2010.fa12

CHENG X B ， ZHANG J L ， DING T ， et al . The effect of an electric field on the thermomechanical damage of nodular defects in dielectric multilayer coatings irradiated by nanosecond laser pulses ［J］. Light： Science & Applications ， 2013 ， 2 （ 6 ）： e80 . doi: 10.1038/lsa.2013.36 http://dx.doi.org/10.1038/lsa.2013.36

WANG Z S ， BAO G H ， JIAO H F ， et al . Interfacial damage in a Ta 2 O 5 /SiO 2 double cavity filter irradiated by 1064 nm nanosecond laser pulses ［J］. Optics Express ， 2013 ， 21 （ 25 ）： 30623 - 30632 . doi: 10.1364/oe.21.030623 http://dx.doi.org/10.1364/oe.21.030623

CHENG X B ， JIAO H F ， LU J T ， et al . Nanosecond pulsed laser damage characteristics of HfO 2 /SiO 2 high reflection coatings irradiated from crystal-film interface ［J］. Optics Express ， 2013 ， 21 （ 12 ）： 14867 - 14875 . doi: 10.1364/oe.21.014867 http://dx.doi.org/10.1364/oe.21.014867

詹光达，马彬，张艳云，等 . 预处理效应对1064nm反射膜本征损伤性能的影响［J］. 红外与激光工程， 2014 ， 43 （ 6 ）： 1715 - 1721 .

ZHAN G D ， MA B ， ZHANG Y Y ， et al . Influence of laser conditioning effects on intrinsic damage property of high reflection film at 1064 nm ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2014 ， 43 （ 6 ）： 1715 - 1721 . （in Chinese）

LU M L ， MA B ， ZHAN G D ， et al . Effect of etching on the laser-induced damage properties of artificial defects under 1064-nm laser irradiation ［J］. Optical Engineering ， 2014 ， 53 （ 12 ）： 122505 . doi: 10.1117/1.oe.53.12.122505 http://dx.doi.org/10.1117/1.oe.53.12.122505

CHENG X B ， TUNIYAZI A ， ZHANG J L ， et al . Nanosecond laser-induced damage of nodular defects in dielectric multilayer mirrors ［J］. Applied Optics ， 2014 ， 53 （ 4 ）： A62 - A69 . doi: 10.1364/ao.53.000a62 http://dx.doi.org/10.1364/ao.53.000a62

MA B ， LU M L ， ZHAN G D ， et al . Effect of etching morphology of artificial defect on laser-induced damage properties under 355 nm laser irradiation ［J］. Applied Optics ， 2015 ， 54 （ 11 ）： 3365 - 3371 . doi: 10.1364/ao.54.003365 http://dx.doi.org/10.1364/ao.54.003365

CHENG X B ， TUNIYAZI A ， WEI Z Y ， et al . Physical insight toward electric field enhancement at nodular defects in optical coatings ［J］. Optics Express ， 2015 ， 23 （ 7 ）： 8609 - 8619 . doi: 10.1364/oe.23.008609 http://dx.doi.org/10.1364/oe.23.008609

MA B ， ZHANG L ， LU M L ， et al . Properties of defect-induced multiple pulse laser damage of transmission components ［J］. Applied Optics ， 2016 ， 55 （ 25 ）： 7078 - 7085 . doi: 10.1364/ao.55.007078 http://dx.doi.org/10.1364/ao.55.007078

MA H P ， CHENG X B ， ZHANG J L ， et al . Electric-field intensity enhancement of a series of artificial nodules in a broadband high-reflection coating ［J］. Optical Engineering ， 2016 ， 56 （ 1 ）： 011027 . doi: 10.1117/1.oe.56.1.011027 http://dx.doi.org/10.1117/1.oe.56.1.011027

WANG Z S ， MA H P ， CHENG X B ， et al . Nanosecond laser-induced damage of high-reflection coatings： NUV through NIR ［C］. SPIE Laser Damage. Proc SPIE 10014 ， Laser-Induced Damage in Optical Materials 2016， Boulder， Colorado， USA . 2016， 10014 ： 34 - 43 .

SONG Z ， CHENG X B ， MA H P ， et al . The influence of coating thickness on laser damage characteristics of anti-reflection coatings irradiated by nanosecond laser pulses ［J］. OSA Technical Digest （Optica Publishing Group ， 2016 ）， 2016： ThA.9 . doi: 10.1364/oic.2016.tha.9 http://dx.doi.org/10.1364/oic.2016.tha.9

ZHANG J L ， BU X Q ， JIAO H F ， et al . Laser damage properties of broadband low-dispersion mirrors in sub-nanosecond laser pulse ［J］. Optics Express ， 2017 ， 25 （ 1 ）： 305 - 312 . doi: 10.1364/oe.25.000305 http://dx.doi.org/10.1364/oe.25.000305

CHENG X B ， HE T ， ZHANG J L ， et al . Contribution of angle-dependent light penetration to electric-field enhancement at nodules in optical coatings ［J］. Optics Letters ， 2017 ， 42 （ 11 ）： 2086 - 2089 . doi: 10.1364/ol.42.002086 http://dx.doi.org/10.1364/ol.42.002086

MA H P ， CHENG X B ， ZHANG J L ， et al . Effect of boundary continuity on nanosecond laser damage of nodular defects in high-reflection coatings ［J］. Optics Letters ， 2017 ， 42 （ 3 ）： 478 - 481 . doi: 10.1364/ol.42.000478 http://dx.doi.org/10.1364/ol.42.000478

谢凌云，何涛，张锦龙，等 . 节瘤缺陷平坦化提高高反射膜的激光损伤阈值［J］. 强激光与粒子束， 2018 ， 30 （ 9 ）： 16 - 22 . doi: 10.11884/HPLPB201830.180067 http://dx.doi.org/10.11884/HPLPB201830.180067

XIE L Y ， HE T ， ZHANG J L ， et al . Improve the LIDT of high-reflection coatings by planarizing nodular defects ［J］. High Power Laser and Particle Beams ， 2018 ， 30 （ 9 ）： 16 - 22 . （in Chinese） . doi: 10.11884/HPLPB201830.180067 http://dx.doi.org/10.11884/HPLPB201830.180067

ZHANG J L ， JIAO H F ， MA B ， et al . Laser-induced damage of nodular defects in dielectric multilayer coatings ［J］. Optical Engineering ， 2018 ， 57 （ 12 ）： 121909 . doi: 10.1117/1.oe.57.12.121909 http://dx.doi.org/10.1117/1.oe.57.12.121909

XIE L Y ， LIU H S ， ZHAO J ， et al . Influence of dry etching on the properties of SiO 2 and HfO 2 single layers ［J］. Applied Optics ， 2020 ， 59 （ 5 ）： A128 - A134 . doi: 10.1364/ao.59.00a128 http://dx.doi.org/10.1364/ao.59.00a128

XIE L Y ， ZHANG J L ， ZHANG Z Y ， et al . Rectangular multilayer dielectric gratings with broadband high diffraction efficiency and enhanced laser damage resistance ［J］. Optics Express ， 2021 ， 29 （ 2 ）： 2669 - 2678 . doi: 10.1364/oe.415847 http://dx.doi.org/10.1364/oe.415847

MA B ， DING T ， JIAO H F ， et al . LIDT of HfO 2 /SiO 2 HR films by different test modes at 1064 nm and 532 nm ［C］. Laser Damage Symposium XLII ： Annual Symposium on Optical Materials for High Power Lasers. Proc SPIE 7842 ， Laser-Induced Damage in Optical Materials： 2010， Boulder ， Colorado ， USA . 2010， 7842 ： 132 - 142 .

周刚，马彬，焦宏飞，等 . 1064 nm高反射薄膜激光损伤阈值测量方法［J］. 强激光与粒子束， 2011 ， 23 （ 4 ）： 963 - 968 . doi: 10.3788/hplpb20112304.0963 http://dx.doi.org/10.3788/hplpb20112304.0963

ZHOU G ， MA B ， JIAO H F ， et al . Laser damage threshold measurements of 1 064 nm high-reflection mirrors ［J］. High Power Laser and Particle Beams ， 2011 ， 23 （ 4 ）： 963 - 968 . （in Chinese） . doi: 10.3788/hplpb20112304.0963 http://dx.doi.org/10.3788/hplpb20112304.0963

刘红婕，王凤蕊，耿峰，等 . 荧光成像技术无损探测光学元件亚表面缺陷［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 1 ）： 50 - 59 . doi: 10.3788/ope.20202801.0050 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20202801.0050

LIU H J ， WANG F R ， GENG F ， et al . Nondestructive detection of optics subsurface defects by fluorescence image technique ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 1 ）： 50 - 59 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20202801.0050 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20202801.0050

MA B ， LU M L ， WANG K ， et al . Depth position recognition-related laser-induced damage test method based on initial transient damage features ［J］. Optics Express ， 2016 ， 24 （ 16 ）： 17698 - 17710 . doi: 10.1364/oe.24.017698 http://dx.doi.org/10.1364/oe.24.017698

王可，秦艳，韩佳岐，等 . 纳秒激光诱导透射元件粒子喷射的分布特征［J］. 红外与激光工程， 2020 ， 49 （ 11 ）： 156 - 163 . doi: 10.3788/irla.17_2020-0065 http://dx.doi.org/10.3788/irla.17_2020-0065

WANG K ， QIN Y ， HAN J Q ， et al . Distribution characteristic of ejected particles from transmissive element induced by nanosecond laser ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2020 ， 49 （ 11 ）： 156 - 163 . （in Chinese） . doi: 10.3788/irla.17_2020-0065 http://dx.doi.org/10.3788/irla.17_2020-0065

MA B ， HAN J Q ， LI J ， et al . Damage characteristics of dual-band high reflectors affected by nodule defects in the femtosecond regime ［J］. Chinese Optics Letters ， 2021 （ 8 ）： 23 - 27 . doi: 10.3788/col202119.081403 http://dx.doi.org/10.3788/col202119.081403

MA B ， MA H P ， JIAO H F ， et al . Laser-damage growth characteristics of fused silica under 1064- and 532-nm laser irradiation ［J］. Optical Engineering ， 2013 ， 52 （ 11 ）： 116106 . doi: 10.1117/1.oe.52.11.116106 http://dx.doi.org/10.1117/1.oe.52.11.116106

MA B ， MA H P ， JIAO H F ， et al . Damage growth characteristics of different initial damage sites of fused silica under 355 nm small laser beam irradiation ［J］. Optics & Laser Technology ， 2014 ， 57 ： 136 - 144 . doi: 10.1016/j.optlastec.2013.10.006 http://dx.doi.org/10.1016/j.optlastec.2013.10.006

MA B ， ZHANG Y Y ， MA H P ， et al . Influence of incidence angle and polarization state on the damage site characteristics of fused silica ［J］. Applied Optics ， 2014 ， 53 （ 4 ）： A96 - A102 . doi: 10.1364/ao.53.000a96 http://dx.doi.org/10.1364/ao.53.000a96

WANG K ， MA B ， HAN J Q ， et al . Morphological and damage growth characteristics of shell-type damage of fused silica optics induced by ultraviolet laser pulses ［J］. Applied Optics ， 2019 ， 58 （ 32 ）： 8882 - 8888 . doi: 10.1364/ao.58.008882 http://dx.doi.org/10.1364/ao.58.008882

ZHANG L ， MA B ， WANG K ， et al . Morphology and growth properties of nano- and submicrometer-scale initial damage sites under 355 nm wavelength pulsed laser irradiation ［J］. Applied Optics ， 2018 ， 57 （ 12 ）： 3166 - 3171 . doi: 10.1364/ao.57.003166 http://dx.doi.org/10.1364/ao.57.003166

Views

2056

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Research on damage mechanism and application of nanosecond laser coatings

Improvement of laser damage resistance at surface of DKDP crystal by laser conditioning process

Experiment of 170 ps laser pulse irradiation effect on visible plane array Si-CCD

Polarization effects in optical thin films

Related Author

CHENG Xinbin

WANG Zhanshan

SHEN Zhenxiang

MA Bin

NIU Xinshang

ZHANG Jinlong

JIAO Hongfei

Guo-hang HU

Related Institution

Key Laboratory of Materials for High Power Laser, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences

University of Chinese Academy of Sciences

State Key Laboratory of Laser Interaction with Matter, Northwest Institute of Nuclear Technology

Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences

Yucai High Middle School of Jining City

AI问答

Address：No.3888 Dong Nanhu Road, Changchun, Jilin, China Postal code：130033
Tel：0431-86176855 Email：gxjmgc@ciomp.ac.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 吉ICP备11002662号-17 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰