第二屆“環(huán)太激光損傷——高功率激光光學(xué)材料”專題研討會(huì)近期在上海嘉定如期舉行。

　　第二屆“環(huán)太激光損傷——高功率激光光學(xué)材料”專題研討會(huì)由中科院上海光機(jī)所和SPIE共同主辦，中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)和中國(guó)科學(xué)院協(xié)辦。主席由中科院上海光機(jī)所邵建達(dá)研究員，日本大阪大學(xué)Takahisa Jitsuno 教授和美國(guó)新墨西哥大學(xué)Wolfgang Rudolph教授共同擔(dān)任。

　　來(lái)自亞洲、北美、歐洲等地區(qū)11個(gè)國(guó)家的120余位專家出席了本屆會(huì)議，其中30余位專家來(lái)自境外。本屆會(huì)議共接受論文87篇，包括61篇口頭報(bào)告和26篇張貼報(bào)告。與第一屆會(huì)議的100余位參會(huì)人數(shù)和來(lái)自8個(gè)國(guó)家的20余位境外代表相比，本次會(huì)議均略有增長(zhǎng)。會(huì)議圍繞紫外-紅外高功率激光損傷，激光切割和加工，缺陷、污染、拋光和表面損傷，表征技術(shù)和測(cè)量方法，高損傷閾值薄膜，非線性激光晶體，激光陶瓷，光學(xué)玻璃與光纖等8個(gè)議題展開(kāi)。

　　激光切割和加工最新進(jìn)展

　　隨著超快激光技術(shù)的發(fā)展，“冷”激光加工技術(shù)得到了越來(lái)越多的關(guān)注，“冷”激光加工技術(shù)對(duì)材料的去除是基于激光與物質(zhì)的非線性作用。與傳統(tǒng)的“熱”激光加工技術(shù)相比，“冷”激光加工技術(shù)具有很多優(yōu)勢(shì)，包括“零”熱效應(yīng)、超精細(xì)的加工特征，更好的邊緣質(zhì)量等。激光切割和加工在本屆會(huì)議中有口頭報(bào)告9篇。

　　激光與物質(zhì)相互作用包括一系列復(fù)雜的現(xiàn)象和過(guò)程：吸收和能量傳輸；能量重新分布至晶格和熱弛豫；形成等離子體，產(chǎn)生材料噴射等。對(duì)于微加工之類的強(qiáng)激光應(yīng)用而言，損傷閾值的計(jì)量是至關(guān)重要的。需要計(jì)量的內(nèi)容包括：1) 產(chǎn)生材料改

　　性的激光輻照水平；2) 沉積在材料中的激光能量；3) 自由電子等離子體的演化和晶格響應(yīng)；4) 最終材料特性的評(píng)價(jià)，包括折射率變化、化學(xué)或結(jié)構(gòu)變化等。法國(guó)艾克斯-馬賽大學(xué)Olivier Uteza博士在其邀請(qǐng)報(bào)告中介紹的測(cè)試平臺(tái)，利用LP3實(shí)驗(yàn)室的ASUR激光設(shè)施，能夠研究飛秒以及短至幾個(gè)光學(xué)周期的脈寬下的激光與物質(zhì)相互作用。作者利用該平臺(tái)開(kāi)展研究，通過(guò)改變激光脈沖的脈寬、能流密度等參數(shù)，來(lái)評(píng)價(jià)飛秒?yún)^(qū)域的激光與物質(zhì)相互作用，有助于洞察離化機(jī)制。

　　上海光機(jī)所的程亞研究員報(bào)道了其利用飛秒激光直寫(xiě)技術(shù)在多孔玻璃中制作納米微結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果。他們制作的納米通道的橫向?qū)挾鹊椭羱40 nm，約為寫(xiě)入激光束波長(zhǎng)(~800 nm)的二十分之一。該分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了衍射極限，作者認(rèn)為該結(jié)果歸功于飛秒激光與玻璃材料相互作用的兩個(gè)基本機(jī)制：1) 存在一個(gè)開(kāi)始內(nèi)部消融的閾值強(qiáng)度；2) 類納米光柵結(jié)構(gòu)的形成。作者認(rèn)為該技術(shù)不僅提供了一種在玻璃內(nèi)部獲得亞50 nm線寬的可靠方法，同時(shí)為多個(gè)研究領(lǐng)域的三維納流體應(yīng)用開(kāi)辟了新的機(jī)遇?！omas Paipulas等報(bào)道了利用飛秒高斯和貝塞爾-高斯激光束對(duì)熔石英進(jìn)行改性的結(jié)果。他們的研究結(jié)果表明：對(duì)于像體布拉格光柵這樣的器件而言，貝塞爾-高斯激光束更適合于這類器件的制作。作者利用貝塞爾-高斯激光束成功在熔石英體材料中制作了絕對(duì)衍射效率達(dá)~90%的體光柵，而利用高斯光束制作的光柵衍射效率僅達(dá)到60%。Jian Chen等介紹了激光切割超薄玻璃基板方面的最新進(jìn)展，特別強(qiáng)調(diào)了利用高功率激光的非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)超薄玻璃切割的進(jìn)展，作者認(rèn)為該技術(shù)在超薄玻璃基板的批量生產(chǎn)方面具有很大的應(yīng)用潛力。

　　激光加工和激光損傷的物理基礎(chǔ)都是激光與材料的相互作用問(wèn)題。從本議題的報(bào)告中可以明顯看出，正因?yàn)槿藗儗?duì)飛秒激光與材料相互作用機(jī)制有了深入的了解，才使飛秒加工技術(shù)出現(xiàn)突破性的進(jìn)展。激光加工的研究成果可以被激光對(duì)材料損傷的研究工作所借鑒。同樣，激光對(duì)材料損傷的研究成果也可以有效地指導(dǎo)激光加工技術(shù)的改進(jìn)。

　　缺陷、污染、拋光和表面損傷

　　在該議題部分，本屆會(huì)議收到7篇口頭報(bào)告，討論的內(nèi)容包括先進(jìn)加工技術(shù)，基于反應(yīng)離子束刻蝕和基于氫氟酸水溶液刻蝕的表面處理技術(shù)，借助散射光對(duì)表面、薄膜和體材料中損傷相關(guān)的缺陷進(jìn)行表征的技術(shù)，以及355 nm激光脈沖能量和脈沖數(shù)對(duì)熔石英在真空環(huán)境中損傷閾值的影響等。

　　得益于確定性拋光技術(shù)，非球面加工在近年來(lái)取得了較大的進(jìn)展。然而，對(duì)于大口徑和高精度的非球面表面加工，仍然存在很多問(wèn)題，例如中頻誤差問(wèn)題。中頻誤差會(huì)引起小角散射、能量損失、像素串?dāng)_等問(wèn)題，因而在拋光中必須對(duì)中頻誤差進(jìn)行控制。Xuqing Nie等從理論和實(shí)驗(yàn)上對(duì)中頻誤差問(wèn)題進(jìn)行了研究，他們分析了在中頻誤差方面的加工能力不足，并介紹了一種包括磁流變加工和離子束加工的拋光工藝，用于解決中頻誤差問(wèn)題。

　　熔石英加工過(guò)程中引起的裂紋、劃痕和雜質(zhì)污染等會(huì)在激光輻照下誘導(dǎo)元件損傷，從而降低熔石英元件的抗激光損傷閾值。Xiaolong Jiang等介紹了他們利用化學(xué)瀝濾對(duì)熔石英元件表面雜質(zhì)污染進(jìn)行去除的效果，以及對(duì)傳統(tǒng)的氫氟酸水溶液刻蝕工藝進(jìn)行優(yōu)化，有效阻止反應(yīng)物的再沉積。測(cè)試結(jié)果表明：這兩種表面處理方法都在一定程度上提升了石英元件的抗激光損傷閾值。Laixi Sun等報(bào)道了利用反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)對(duì)熔石英表面進(jìn)行處理的結(jié)果。認(rèn)為通過(guò)反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)，能夠去除石英元件表面的雜質(zhì)污染和劃痕等結(jié)構(gòu)特征，從而提升了石英元件的抗激光損傷閾值。

　　微小缺陷引起的散射會(huì)引起光學(xué)元件的性能下降，包括增加損耗、影響成像系統(tǒng)精度等。另一方面，借助光散射，能夠?qū)Ρ砻嬉约安牧系碾s質(zhì)進(jìn)行非接觸式無(wú)損探測(cè)分析。Sven Schroder等介紹了弗勞恩霍夫應(yīng)用光學(xué)精密機(jī)械研究所研發(fā)的ALBATROSS系統(tǒng)，能夠?qū)ψ贤庵良t外光譜波段的光散射進(jìn)行測(cè)試；并利用光散射測(cè)量裝置對(duì)激光誘導(dǎo)損傷相關(guān)的雜質(zhì)進(jìn)行分析，包括界面粗糙度、表面缺陷、體材料的不均勻性和亞表面損傷等。Xiaoyan Zhou等研究了石英基片在真空環(huán)境下，經(jīng)過(guò)不同能量、不同脈沖數(shù)的355 nm激光輻照后的性能變化。認(rèn)為石英基片在經(jīng)過(guò)紫外預(yù)輻照后，表現(xiàn)出強(qiáng)的吸收帶或熒光帶，這歸因于非橋氧空穴中心、缺氧缺陷，以及其他一些激光誘導(dǎo)損傷缺陷。

　　用于高功率激光系統(tǒng)的光學(xué)元件必須經(jīng)過(guò)光學(xué)加工和表面處理這兩個(gè)基本過(guò)程。光學(xué)加工帶來(lái)的表面和亞表面缺陷以及表面處理和輸運(yùn)等過(guò)程帶來(lái)的表面污染，很大程度上降低了光學(xué)元件的損傷閾值和光學(xué)質(zhì)量。此外，對(duì)于表面鍍膜的光學(xué)元件，缺陷和污染對(duì)薄膜性能的影響也是需要關(guān)注和解決的問(wèn)題。本議題中的報(bào)告，無(wú)論是加工技術(shù)的改進(jìn)，還是診斷技術(shù)的提高，基本都是圍繞著提高光學(xué)表面質(zhì)量，減少表面和亞表面缺陷而展開(kāi)的。盡管相關(guān)的工作對(duì)提高光學(xué)表面質(zhì)量起到了很大的作用，但是從高功率激光系統(tǒng)的需求出發(fā)，這方面的研究工作還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，特別是光學(xué)元件表面和亞表面缺陷對(duì)薄膜抗激光性能和其他性能的影響問(wèn)題還在起步階段；此外，包裝、傳輸及應(yīng)用過(guò)程中的污染導(dǎo)致光學(xué)元件性能下降等問(wèn)題還缺乏系統(tǒng)的研究和足夠的重視。期待著相關(guān)方面的研究工作有更大的進(jìn)展。