Seguimiento y comprensión de eventos de daños por láser en la óptica - Parte 06

Nanoscale l aser d amage p recursors

A diferencia de los defectos microscópicos, los defectos  se denominan aquí precursores. Los defectos generalmente se refieren a microestructuras observables que son diferentes de las características de los materiales de matriz circundantes y, a menudo, se observan mediante microscopía óptica. Los precursores mencionados en este artículo generalmente no se pueden observar directamente por métodos ópticos, y no hay una diferencia obvia en las características de los materiales de matriz circundantes. La razón por la que se llama precursor de daño láser a nanoescala es que la escala típica de daño es del orden de micras , y el tamaño del precursor debe ser del orden de submicras  o ​​incluso nanómetros . El daño inducido por el precursor de daño láser a nanoescala aparece como pozos de daño más pequeños y densos, como se muestra en la figura   debajo _ Debido a la pequeña escala y la "invisibilidad", todavía faltan medios efectivos para la detección y caracterización directa de los mismos . Por lo tanto, la mayoría de los estudios sobre el daño inducido por precursores de daño láser a nanoescala permanecen en la etapa de investigación fenomenológica.

2.1 Manipulación y comprensión de los precursores del daño por láser a través de procesos de crecimiento de materiales

Aunque este tipo de precursor dañado por láser no se puede observar directamente, podemos explorar el mecanismo de formación de precursores iterando  con el proceso de crecimiento material y usando   parámetros del proceso para regular la formación   del precursor, lo que afecta las características de escala del precursor y su capacidad para absorber la luz láser. Por supuesto, este método no es lo suficientemente general , por lo que  tomamos KDP crystal como ejemplo.

El daño por láser de los cristales tipo KDP incluye principalmente absorción de defectos, colisión  ionización, generación y expansión de plasma, formación de ondas de choque, modificación de materiales y otras etapas, que son las causas clave del daño por defecto de absorción en el cristal. SG Demos cree que tales defectos pueden ser grupos de defectos intrínsecos con estructura electrónica, mientras que S. Reyné cree que tales defectos pueden tener una estructura elipsoidal .   Pero no existe un método de caracterización directo para la comprensión de la morfología y características de estos  defectos. Durante el rápido crecimiento de los cristales de KDP, debido al aumento de la sobresaturación de la solución, la probabilidad de nucleación espontánea en la solución aumentará significativamente. Estas partículas de nucleación se incrustarán en el cristal e inducirán defectos de dispersión y otros defectos de red imperfecta. Los investigadores propusieron una tecnología de filtración continua, que puede filtrar partículas de impurezas y partículas coloidales más grandes que el tamaño del poro del filtro en la solución, para reducir en gran medida la influencia de las impurezas incrustadas en el crecimiento de los cristales y, por lo tanto , reducir la posibilidad de inducir defectos de red imperfectos y mejorar eficazmente la resistencia al daño por láser de los cristales de KDP   ( como se muestra en la siguiente figura ) . Esto significa que la escala de   los precursores  dañados por láser en los cristales de KDP pueden regularse directamente mediante tecnología de filtrado continuo para estudiar las características de daño de los precursores con diferentes escalas.

Diseñamos una técnica de filtración secuencial para hacer crecer cristales de KDP con diferentes poros de filtro, cuyo tamaño era de 0,1 μm y 0,03 μm, respectivamente. Al mismo tiempo, se usaron cristales de KDP filtrados discontinuamente como objetos de comparación. Como se muestra en la figura a continuación, las características de daño de los tres tipos de cristales son significativamente diferentes. El umbral de daño de probabilidad cero del cristal cultivado en filtro de 0,1 μm está cerca del de la muestra de filtro no continuo, pero la probabilidad de daño de ir  ha disminuido significativamente bajo la alta densidad de energía . El   _ resistente a los daños en general   rendimiento del cristal crecido con un filtro de poro de 0,03 μm   se ha mejorado significativamente.