Suivi et compréhension des événements de dommages laser dans l'optique - Partie 06

Précurseurs des dommages causés par les lasers à l' échelle nanométrique

A la différence des défauts microscopiques, les défauts  sont ici appelés précurseurs. Les défauts se réfèrent généralement à des microstructures observables qui sont différentes des caractéristiques des matériaux de matrice environnants, et sont souvent observés par microscopie optique. Les précurseurs mentionnés dans cet article ne peuvent généralement pas être observés directement par des méthodes optiques, et il n'y a pas de différence évidente dans les caractéristiques des matériaux de matrice environnants. La raison pour laquelle on l'appelle un précurseur de dommage laser à l'échelle nanométrique est que l'échelle de dommage typique est de l'ordre du micron et que la taille du précurseur devrait être de l'ordre du sous- micron  ou même du nanomètre . Les dommages induits par le précurseur de dommages au laser à l'échelle nanométrique apparaissent sous la forme de piqûres de dommages plus petites et plus denses, comme le montre la figure   ci- dessous . En raison de la petite échelle et de "l'invisibilité", il manque encore des moyens efficaces pour les détecter et les caractériser directement . Par conséquent, la plupart des études sur les dommages induits par les précurseurs de dommages laser à l'échelle nanométrique restent au stade de la recherche phénoménologique.

2.1 Manipulation et compréhension des précurseurs de dommages laser grâce aux processus de croissance des matériaux

Bien que ce type de précurseur endommagé par laser ne puisse pas être observé directement, nous pouvons explorer le mécanisme de formation des précurseurs en itérant   avec le processus de croissance du matériau et en utilisant   des paramètres de processus pour réguler la formation   du précurseur, affectant ainsi les caractéristiques d'échelle du précurseur et sa capacité à absorber la lumière laser. Bien sûr, cette méthode n'est pas assez générale , donc nous  prenons le cristal KDP comme exemple.

Les dommages au laser des cristaux de type KDP comprennent principalement l'absorption des défauts, la collision  ionisation, la génération et l'expansion du plasma, la formation d'ondes de choc, la modification des matériaux et d'autres étapes, qui sont les principales causes des dommages par défaut d'absorption dans le cristal. SG Demos pense que de tels défauts peuvent être des amas de défauts intrinsèques à structure électronique, tandis que S. Reyné pense que de tels défauts peuvent avoir une structure ellipsoïdale .   Mais il n'existe pas de méthode de caractérisation directe pour comprendre la morphologie et les caractéristiques de ces   défauts. Lors de la croissance rapide des cristaux de KDP, en raison de l'augmentation de la sursaturation de la solution, la probabilité de nucléation spontanée dans la solution augmentera considérablement. Ces particules de nucléation seront incrustées dans le cristal et induiront des défauts de diffusion et d'autres défauts de réseau imparfaits. Les chercheurs ont proposé une technologie de filtration continue, qui peut filtrer les particules d'impuretés et les particules colloïdales plus grandes que la taille des pores du filtre dans la solution, afin de réduire considérablement l'influence des impuretés incrustées sur la croissance des cristaux, réduisant ainsi la possibilité d'induire des défauts de réseau imparfaits, et améliorer efficacement la résistance aux dommages laser des cristaux de KDP   ( comme indiqué dans la figure ci - dessous ) . Cela signifie que l'échelle de   les  précurseurs endommagés par le laser dans les cristaux de KDP peuvent être directement régulés par la technologie de filtrage continu pour étudier les caractéristiques d'endommagement des précurseurs à différentes échelles.

Nous avons conçu une technique de filtration séquentielle pour faire croître des cristaux de KDP avec différents pores de filtre, dont la taille était de 0,1 μm et 0,03 μm, respectivement. Dans le même temps, des cristaux de KDP filtrés de manière discontinue ont été utilisés comme objets de comparaison. Comme le montre la figure ci-dessous, les caractéristiques d'endommagement des trois types de cristaux sont très différentes. Le seuil d'endommagement à probabilité nulle du cristal de 0,1 μm formé par filtre est proche de celui de l'échantillon de filtre non continu, mais la probabilité d'endommagement ir   a considérablement diminué sous la densité d'énergie élevée . Le   _ résistance globale aux dommages   performance du cristal développé avec des pores de filtre de 0,03 μm   a été considérablement amélioré.