CN211889499U - 一种激光预处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种激光预处理系统，该系统包括：激光脉冲产生装置以及用于放置目标光学元件的样品台，其中，激光脉冲产生装置包括激光器、幅度调制器以及波形发生器。激光器产生种子激光的输入到幅度调制器，经过幅度调制器在波形发生器产生的预设整形电脉冲驱动下的调制处理，形成预设整形激光脉冲，并照射到所述样品台上放置的目标光学元件上，对所述目标光学元件表面进行激光预处理，有效地提升了对目标光学元件的激光预处理效果。

Description

一种激光预处理系统

技术领域

本实用新型涉及光电技术领域，具体而言，涉及一种激光预处理系统。

背景技术

激光惯性约束聚变(ICF，inertial confinement fusion)驱动器从诞生以来，就一直面临着光学材料损伤对系统负载能力的限制问题。在激光驱动系统运行过程中，光学元件处于强激光辐照下，会发生激光诱导损伤。这些损伤不仅降低材料透过率，产生波前畸变，影响光束质量，还会调制光强，产生局域强区，造成下游元件的损伤。几十年来，尽管光学材料的抗激光损伤性能已取得了长足进步，但人们仍不断地对激光驱动系统的输出通量提出更高要求。目前，光学元件的激光诱导损伤是制约高功率激光装置稳定运行及持续发展的一大瓶颈。

对光学元件进行激光预处理是提高光学元件损伤性能的必经之路。激光预处理过程是在光学元件使用之前用低于损伤阈值的激光通量对光学元件进行辐照，从而使得光学元件的损伤阈值得到提高。因此，为了满足激光驱动器高通量运行要求，亟需提供一种能够更有效的激光预处理方案。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种激光预处理系统，能够有效地提升对光学元件的激光预处理效果。

本实用新型实施例提供了一种激光预处理系统，包括：激光脉冲产生装置以及用于放置目标光学元件的样品台，其中，所述激光脉冲产生装置包括激光器、幅度调制器以及波形发生器，所述幅度调制器与所述波形发生器连接。所述激光器产生种子激光的输入到所述幅度调制器，经过所述幅度调制器在所述波形发生器产生的预设整形电脉冲驱动下的调制处理，形成预设整形激光脉冲，并照射到所述样品台上放置的目标光学元件上，以对所述目标光学元件表面进行激光预处理。其中，所述预设整形激光脉冲包括在前的第一子脉冲和在后的第二子脉冲，所述第一子脉冲的脉宽大于所述第二子脉冲的脉宽，且所述第一子脉冲的最大强度小于所述第二子脉冲的最大强度。

进一步地，上述第一子脉冲的脉宽在1-10纳秒范围内，所述第二子脉冲的脉宽在10-900皮秒范围内。

进一步地，上述第二子脉冲的最大强度是所述第一子脉冲最大强度的2倍到500倍。

进一步地，上述激光脉冲产生装置还包括脉冲放大模块，所述幅度调制器输出的种子整形脉冲经过所述脉冲放大模块放大后形成所述预设整形激光脉冲。

进一步地，上述激光脉冲产生装置还包括：倍频模块。所述幅度调制器输出的种子整形脉冲经过所述倍频模块的倍频处理后形成所述预设整形激光脉冲。

进一步地，上述倍频模块包括Ⅰ类KDP倍频晶体和Ⅱ类三倍频晶体。

进一步地，上述激光预处理系统还包括能量控制模块，所述能量控制模块设置于所述激光脉冲产生装置与所述目标光学元件之间的光传播路径上，用于调节照射到所述目标光学元件表面的预设整形激光脉冲的能量大小。

进一步地，上述能量控制模块包括1/2波片和偏振片，所述激光脉冲产生装置输出的预设整形激光脉冲依次经所述1/2波片以及所述偏振片入射到所述目标光学元件。

进一步地，上述目标光学元件为光功率激光装置中的晶体元件。

进一步地，上述波形发生器为任意波形发生器。

本实用新型实施例提供的激光预处理系统，通过激光脉冲产生装置包含的激光器、幅度调制器以及波形发生器生成预设整形激光脉冲，并照射到目标光学元件表面，对目标光学元件进行激光预处理，使得预设整形激光脉冲的前面部分即脉宽相对较宽、强度相对较低的第一子脉冲能够有效地利用热效应与目标光学元件中的损伤前驱体相互作用，而预设整形激光脉冲的后面部分即脉宽相对较窄、强度相对较高的第二子脉冲能够有效地利用多光子吸收效应与目标光学元件中的损伤前驱体相互作用，从而尽可能地发挥上述两种效应的预处理作用，提升目标光学元件的激光预处理效果，进而提升目标光学元件的抗损伤性能。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种激光预处理系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种示例性预设整形激光脉冲的波形示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种示例性单一脉冲的波形示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种脉冲产生模块的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种激光脉冲产生装置的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的激光预处理效果与激光脉冲宽度之间的关系示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本说明书实施例提供的技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本说明书实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本说明书实施例以及实施例中的具体特征是对本说明书实施例技术方案的详细的说明，而不是对本说明书技术方案的限定，在不冲突的情况下，本说明书实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“耦合”应做广义理解。例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。两个器件之间耦合，表示由其中一个器件出射的光入射到另一个器件。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本说明书实施例提供了一种激光预处理系统，该激光预处理系统10包括：激光脉冲产生装置110以及用于放置目标光学元件100的样品台120。本说明书实施例中，目标光学元件100可以是光学系统应用中，需要进行激光预处理的元件，例如，光功率激光装置中的晶体元件等。

激光脉冲产生装置110用于输出预设整形激光脉冲，照射到放置于样品台120上的目标光学元件100，对该目标光学元件100进行激光预处理。其中，上述预设整形激光脉冲包括在前的第一子脉冲和在后的第二子脉冲，每个预设整形激光脉冲中，第一子脉冲的脉宽大于第二子脉冲的脉宽，且第一子脉冲的最大强度小于第二子脉冲的最大强度。可以理解的是，在具体实施过程中，激光脉冲产生装置110输出的预设整形激光脉冲中，第一子脉冲的脉宽、第二子脉冲的脉宽、第一子脉冲的强度分布以及第二子脉冲的强度分布可以根据实际应用场景以及多次试验设置。

在一种可选的实施例中，预设整形激光脉冲中，第一子脉冲的脉宽可以在1-10纳秒范围内，第二子脉冲的脉宽可以在10-900皮秒范围内。例如，在某预处理场景中，预设整形激光脉冲的第一子脉冲的脉宽为5纳秒，第二子脉冲的脉宽为500皮秒。又例如，在另一预处理场景中，预设整形激光脉冲的第一子脉冲的脉宽为1纳秒，第二子脉冲的脉宽为10皮秒，或者，预设整形激光脉冲的第一子脉冲的脉宽为10纳秒，第二子脉冲的脉宽为900皮秒，等等。

在一种可选的实施例中，预设整形激光脉冲中，第二子脉冲的最大强度可以是第一子脉冲最大强度的2倍到500倍。例如，第二子脉冲的最大强度可以是第一子脉冲最大强度的2倍、5倍、10倍、50倍、200倍或者500倍等，具体可以根据实际应用场景以及多次试验设置。

举例来讲，在一种预处理应用场景中，预设整形激光脉冲的第一子脉冲的最大强度在1-5GW/cm²范围内，第二子脉冲的最大强度在10-50GW/cm²范围内，具体可以根据实际应用场景以及多次试验设置。例如，在某次预处理过程中，预设整形激光脉冲的第一子脉冲的最大强度值可以为1GW/cm²，第二子脉冲的最大强度值可以为10GW/cm²。又例如，在另一预处理过程中，预设整形激光脉冲的第一子脉冲的最大强度值可以为5GW/cm²，第二子脉冲的最大强度值可以为50GW/cm²。可以理解的是，整个预设整形激光脉冲的能量通量在激光预处理过程中呈台阶增量变化，最大值小于目标光学元件100的损伤阈值。

图2示出了一种示例性预设整形激光脉冲的波形示意图，图3示出了一种示例性单一脉冲(FWHM(Full Width at Half Maximum，半峰全宽)为520ps)的波形示意图。如图2所示，预设整形激光脉冲可以是一个“足形”脉冲，相比于图3所示的单一脉冲，其波形更为复杂。脉冲前面部分即虚线左侧部分为第一子脉冲，第一子脉冲是一个低强度长脉冲，其持续时间相对较长即脉宽相对较大，约数ns，但强度相对较低。脉冲后面部分即虚线右侧部分为第二子脉冲，第二子脉冲是一个高强度短脉冲，其持续时间相对较短即脉宽相对较小，在百ps量级，但强度相对较高。

具体来讲，如图1所示，激光脉冲产生装置110可以包括：脉冲产生模块。脉冲产生模块用于产生上述预设整形激光脉冲。脉冲产生模块包括：激光器101、幅度调制器102和波形发生器103，幅度调制器102与波形发生器103连接。

激光器101用于产生种子激光输入到幅度调制器102。本说明书实施例中，激光器101可以采用DFB(Distributed Feedback Laser)光纤激光器，由DFB光纤振荡器产生单模激光，并可以采用全保偏传输技术实现系统输出偏振态的稳定。当然，在本说明书其他实施例中，也可以采用其他适用的激光器。

幅度调制器102用于在波形发生器103产生的预设整形电脉冲驱动下，对该种子激光进行调制，以形成所需要的预设整形激光脉冲。作为一种实施方式，幅度调制器102可以采用高速波导幅度调制器。当然，在本说明书其他实施例中，也可以采用其他适用的幅度调制器。

本说明书实施例中，波形发生器103可以采用任意波形发生器，任意波形发生器用于产生整形电脉冲，驱动幅度调制器对输入的种子激光进行幅度调制产生整形光脉冲。可以理解的是，任意波形发生器产生的整形电脉冲由多个(具体数量由所需整形脉冲宽度决定)子脉冲堆积组成，调整各堆积脉冲的幅度就可以调整所得到的整形激光脉冲的形状。

在具体实施过程中，激光器101产生的种子激光输入到幅度调制器102，经过幅度调制器102在波形发生器103产生的预设整形电脉冲驱动下的调制处理，形成预设整形激光脉冲，并照射到样品台120上放置的目标光学元件100表面，对目标光学元件100表面进行激光预处理。

在上述过程中，整形激光脉冲的波形控制可以采用计算机辅助多次迭代实现，具体可以在系统末端即脉冲产生模块末端或者是激光脉冲产生装置末端用光电管对输出脉冲进行波形测试，根据波形测试结果以及所需要的特定整形激光脉冲的波形，对任意波形发生器中各子脉冲强度进行控制，多次迭代实现特定整形激光脉冲的输出。

需要说明的是，脉冲产生模块还可以包含：宽带光纤放大器、功率光纤放大器等用于对光纤系统中产生的小信号脉冲进行高倍率放大的放大器件，以及电光快门，用于隔离光纤放大系统中的受激辐射放大噪声，等等，以对幅度调制器输出的整形脉冲进行预放大，使得脉冲产生模块输出的整形脉冲的波形满足预设要求。如图4所示，幅度调制器输出的整形脉冲依次经过宽带光纤放大器如掺镱光纤放大器(ytterbium-doped fiber amplifier，YDFA)、电光快门以及功率光纤放大器(Power Fiber Amplifier，PFA)后输出。图4中，DFB光纤激光器、幅度调制器、YDFA、电光快门以及PFA之间通过保偏光纤连接，虚线表示备用设备。

在一种可选的实施例中，为了便于得到所需能量的预设整形激光脉冲，可以将脉冲产生模块输出的整形脉冲作为种子整形脉冲，对种子整形脉冲进行放大后，再将放大后的种子整形脉冲作为用于激光预处理的预设整形激光脉冲。此时，激光脉冲产生装置110还可以包括脉冲放大模块112，脉冲放大模块112用于对脉冲产生模块输出的种子整形脉冲进行放大，以形成所需能量的预设整形激光脉冲。

具体来讲，脉冲放大模块112可以采用光学传输放大系统，例如可以包括高增益脉冲光纤放大器、功率光纤放大器以及焦耳级能量放大器等。举例来讲，如图5所示，脉冲放大模块112可以包括：高增益脉冲光纤放大器、光束控制模块、功率光纤放大器、第一焦耳级能量放大器(如可以包括一对Φ9玻璃棒即Φ9mm钕玻璃放大器以及一组Φ28玻璃棒即Φ28mm钕玻璃放大器)以及第二焦耳级能量放大器如四组Φ70玻璃棒即Φ70mm钕玻璃放大器。脉冲产生模块111产生的种子整形脉冲可以先进入高增益脉冲光纤放大器进行放大，由增益脉冲光纤放大器出射后通过光束控制模块耦合进入功率光纤放大器进行放大，进而，再依次经过第一焦耳级能量放大器以及第二焦耳级能量放大器后输出，以得到预设整形激光脉冲。

在具体实施过程中，脉冲放大模块的工作参数如各级放大器的放大倍数可以通过多次试验确定。需要说明的是，由于与预设整形激光脉冲相对应，脉冲产生模块输出的种子整形脉冲也由两部分组成，即前面部分的低强度宽脉冲以及后面部分的高强度窄脉冲，因此，脉冲放大模块需要对这两部分脉冲均能进行有效放大，从而实现整形脉冲形状的保持。

在一种可选的实施例中，若目标光学元件为光功率激光装置中的三倍频晶体元件如KDP/DKDP晶体，预处理激光优选为三倍频(3ω)激光。此时，如图5所示，激光脉冲产生装置110还可以包括：倍频模块113。倍频模块113用于对脉冲产生模块111输出的或者上述经过放大后的种子整形脉冲进行倍频处理。具体倍频可以根据实际需要设置，例如，可以将种子整形脉冲转换成三倍频的整形激光脉冲进行输出。举例来讲，倍频模块可以包括Ⅰ类KDP倍频晶体和Ⅱ类三倍频晶体，例如波长为1053nm的种子整形脉冲，经过上述三倍频处理后可以转换为波长为351nm的整型激光脉冲。

需要说明的是，倍频模块的工作参数可以通过多次试验确定。与前述放大过程类似，倍频模块需要对放大后的种子整形脉冲中，前面部分低强度宽脉冲以及后面部分高强度窄脉冲均能进行有效的频率转换，实现整形脉冲形状的保持，以得到预设整形激光脉冲。

在激光预处理过程中，需要将预设整形激光脉冲的辐照通量由低到高逐渐增加，依次对目标光学元件表面的预设区域进行预设次数的辐照，实现对目标光学元件表面预设区域的激光预处理。

因此，为了便于调节预处理激光能量，如图1所示，本说明书实施例提供的激光预处理系统10还可以包括能量控制模块130。能量控制模块130设置于上述激光脉冲产生装置110与目标光学元件100之间的光传播路径上，用于调节照射到目标光学元件100表面的预设整形激光脉冲的能量大小。

作为一种实施方式，能量控制模块130包括1/2波片131和偏振片132，激光脉冲产生装置110输出的预设整形激光脉冲依次经1/2波片131以及偏振片132入射到目标光学元件100。通过调节1/2波片131的角度，来调节经过1/2波片131的预设整形激光脉冲的偏振态，进而控制通过偏振片132的预设整形激光脉冲的能量大小。通过这种方式调节激光预处理能量，有利于保证在采用不同能量对目标光学元件进行激光预处理时，实现相同的波形输出。

可以理解的是，如图1所示，激光预处理系统10还可以包括聚焦透镜140，设置于偏振片132与目标光学元件100之间，用于将偏振片132出射的预设整形激光脉冲汇聚到目标光学元件100表面，对目标光学元件100进行激光预处理。

在具体实施过程中，可以通过样品台120调节目标光学元件100的位置，以使得上述预设整形激光脉冲按照预设轨迹对目标光学元件100表面进行扫描，从而实现目标光学元件100的激光预处理。具体来讲，样品台120可以是手动调节的平移台，也可以是电动平移台。为了保证激光预处理过程中，目标光学元件100表面能够受到上述预设整形激光脉冲的均匀辐照，以进一步提高激光预处理效果，样品台120的调节步长可以根据入射到目标光学元件100的预设整形激光脉冲的光斑直径设置。

举例来讲，激光预处理过程中，预处理激光光束的能量台阶有8个，则由低到高依次将预设整形激光脉冲的能量调节要所需的能量台阶，每调节到一个能量台阶，则通过样品台调节目标光学元件的位置，用该能量台阶的预设整形激光脉冲对目标光学元件进行激光预处理，直至完成预设的所有能量台阶的激光预处理。具体预处理过程与现有技术中激光预处理过程类似，此处不再详述。

为了更清楚地理解本说明书实施例提供的技术方案，下面对上述预设整形激光脉冲与目标光学元件的作用机理进行了描述。

当上述预设整形激光脉冲的前面部分即第一子脉冲与目标光学元件上的损伤前驱体(即导致其体损伤阈值低的缺陷)相互作用时，该过程可视为纯粹的热作用过程。第一子脉冲中的部分能量被损伤前驱体吸收而升温，损伤前驱体周围的晶体也会被传导加热。损伤前驱体对第一子脉冲的吸收根据Mie散射理论获得，对周围晶体的加热为傅里叶导热过程。当预设整形激光脉冲的后面部分即第二子脉冲与目标光学元件上的损伤前驱体相互作用时，该过程为热和多光子综合作用的过程。其中，热过程与前述热作用过程一致。由于晶体中四光子吸收过程的发生几率比三光子的低多个数量级，因为多光子作用只考虑三光子吸收过程。由于目标光学元件上损伤前驱体的存在，会辅助完成三光子吸收过程。因而损伤前驱体与预设整形激光脉冲后部第二子脉冲的相互作用过程为缺陷辅助条件下的三光子吸收过程。

因此，相比于单一脉冲，通过上述预设整形激光脉冲对目标光学元件进行激光预处理，脉冲前面部分即第一子脉冲能够有效地利用热效应与损伤前驱体相互作用，脉冲后面部分即第二子脉冲能够有效地利用多光子吸收效应与损伤前驱体相互作用，这样就可以尽可能地发挥上述两种效应的预处理作用，从而有效地提升目标光学元件的激光预处理效果，提升目标光学元件的抗损伤性能。

而且，上述第一子脉冲与目标光学元件缺陷的热效应，不仅能直接去除部分缺陷，还能使其它缺陷温度有所升高，让这些缺陷与后面部分强度相对较高的第二子脉冲能够更有效地相互作用，从而实现这些缺陷的非线性去除。也就是说，通过上述预设整形激光脉冲，能够综合利用上述两种机制充分地与目标光学元件上的损伤前驱体进行作用，从而更有效地去除损伤前驱体，提升激光预处理效果，实现目标光学元件抗损伤性能的进一步提高。

需要进一步说明的是，在提出本说明书实施例提供的激光预处理系统之前，本申请发明人对激光预处理过程中，激光与损伤前驱体的作用机理进行了深入研究，提出了一种新的激光预处理思路，即摒弃常用的单一脉冲，应用整形脉冲对光学元件进行激光预处理，能够有效地提升激光预处理效果，从而提高光学元件抗损伤性能。下面以KDP/DKDP晶体为例，对整形脉冲能够达到上述效果的原因进行分析。

KDP/DKDP晶体是一种光学性能非常优良的非线性晶体，主要用于高功率激光装置中的频率转换、电光调制、光开关等。KDP/DKDP晶体是目前驱动器激光系统中唯一可用的频率转换晶体，这是因为激光驱动器系统输出光束口径大(大于400mm×400mm)，KDP/DKDP晶体是如此大口径光学系统中唯一能使用的高性能非线性晶体。频率转换晶体的作用是将高通量输出的基频(1ω)光转换成三倍频(3ω)光，以提高激光束与聚变靶相互作用的耦合效率。

KDP/DKDP晶体在生长过程中形成的缺陷是导致其体损伤阈值低的根本原因，这些缺陷被称为损伤前驱体。晶体激光损伤和激光预处理都是基于光与损伤前驱体之间的相互作用，当光与损伤前驱体作用后发生的变化在激光脉冲停止后能可逆恢复，恢复后的状态比初始状态更好，从而使得晶体内吸收缺陷数量减少，这便是激光预处理；光与损伤前驱体作用后导致物理化学性质发生根本性的、不可恢复的破坏，便形成了激光损伤。因此，本申请发明人提出采用优选的预处理激光辐照方案，在激光通量低于激光损伤阈值通量情况下融合多种机制让激光与损伤前驱体充分作用，这是提升激光预处理效果的根本。

激光预处理中，损伤前驱体及其激光吸收机制的基本模型有两种：杂质纳米颗粒及线性吸收模型、本征缺陷团簇和多光子吸收模型。其中，线性吸收模型中的预处理机制如下：前驱体吸收激光脉冲能量使得其温度升高至一个临界温度，但是低于损伤出现时的温度(在此温度下会出现热爆，形成等离子)。在此临界温度下前驱体仅发生了熔化并进入晶格，其密度减小，最终导致吸收减小。多光子吸收模型中的预处理途径有两种，途经之一是前驱体通过多光子吸收机制升温至低于损伤阈值的临界温度，与线性吸收模型中类似，只是吸收机制不同；途经之二是预处理过程为一种电子过程而非热过程，预处理脉冲激光激发电子跃迁，跃迁电子进入缺陷能级，改变缺陷的带宽，降低前驱体缺陷受激发的概率和敏感性。

本申请发明人经过长期研究发现，上述两种模型在激光预处理过程中不是独立矛盾的，而是复杂综合在一起共同起作用的。图6示出了激光预处理效果与激光脉冲宽度之间的关系图，横坐标为激光预处理的脉宽，单位为纳秒(ns)，纵坐标为预处理后的能量通量，单位为J/cm²。从图6可知，预处理效果最好的激光脉冲宽度为200ps-900ps。当脉冲宽度大于900ps或小于200ps时，预处理效果都会下降。如果激光预处理机制是单纯的杂质纳米颗粒及线性吸收模型，那么当预处理激光脉冲宽度大于900ps时，不会出现预处理效果变差的结果。这是因为预处理脉冲宽度大，纳米颗粒的线性吸收会越充分，在合理控制总通量情况下各损伤前驱体会得到更充分的预处理，预处理效果不会更差。因而，当预处理激光脉冲宽度大于900ps时预处理效果变差这一结果，表明激光预处理机制不是单纯的杂质纳米颗粒及线性吸收模型。

另外，如果激光预处理机制是单纯的本征缺陷团簇和多光子吸收模型，那么预处理激光脉冲宽度小于200ps时，也不会出现预处理效果变差的结果。这是因为预处理脉冲宽度变小，在相同的激光通量条件下脉冲峰值功率密度会更大，多光子吸收作用效果越强，在合理控制总通量情况下各损伤前驱体也会得到更充分的预处理，预处理效果不会更差。因而，当预处理激光脉冲宽度小于200ps时预处理效果变差这一结果，表明激光预处理机制不是单纯的本征缺陷团簇和多光子吸收模型。

可以理解的是，一定激光脉冲总能量的实现，能利用杂质纳米颗粒及线性吸收模型也就是热效应处理将部分损伤前驱体进行去除；一定激光脉冲峰值功率的实现，能利用本征缺陷团簇和多光子吸收模型也就是多光子吸收效应处理将部分损伤前驱体进行去除。单一脉冲难以充分地让上述两种效应的作用都充分发挥，导致预处理效果受到限制。

而通过整形激光脉冲即脉冲前面部分持续时间相对较长(如1～9ns)，强度相对较低，脉冲后面部分持续时间相对较短(如在百ps量级)，强度相对较高，这样一方面脉冲前面部分能有效地利用热效应与损伤前驱体相互作用，脉冲后面部分能有效利用多光子吸收效应与损伤前驱体相互作用。另一方面，脉冲前面部分低强度激光与缺陷的热效应，不仅能直接去除部分缺陷，还能使其它缺陷温度有所升高，让这些温度升高的缺陷与后面部分高强度脉冲能更有效地相互作用，从而实现这些缺陷的非线性去除。这样的整形脉冲，能在一定的通量控制条件下综合利用两种机制充分地与损伤前驱体进行作用，从而更有效地去除损伤前驱体，实现光学元件抗损伤性能的进一步提高。

另外，本说明书实施例还提供了一种激光预处理方法，应用于上述激光预处理系统。所述方法包括：

步骤S701，控制样品台将置于所述样品台上的目标光学元件移动到预设位置；

步骤S702，控制激光脉冲产生装置输出预设整形激光脉冲，照射到目标光学元件表面的目标区域，对所述目标区域进行激光预处理，其中，所述整形激光脉冲包括在前的第一子脉冲和在后的第二子脉冲，所述第一子脉冲的脉宽大于所述第二子脉冲的脉宽，且所述第一子脉冲的最大强度小于所述第二子脉冲的最大强度。

其中，预设位置以及目标区域均根据实际应用场景中，对目标光学元件的激光预处理需求设置。整个预设整形激光脉冲的能量通量在激光预处理过程中呈台阶增量变化，最大值小于目标光学元件的损伤阈值。

本说明书实施例所提供的激光预处理方法，其实现原理及产生的技术效果和前述系统实施例相同，为简要描述，方法实施例部分未提及之处，可参考前述系统实施例中的相应内容。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种激光预处理系统，其特征在于，包括：激光脉冲产生装置以及用于放置目标光学元件的样品台，其中，所述激光脉冲产生装置包括激光器、幅度调制器以及波形发生器，所述幅度调制器与所述波形发生器连接，

所述激光器产生的种子激光输入到所述幅度调制器，经过所述幅度调制器在所述波形发生器产生的预设整形电脉冲驱动下的调制处理，形成预设整形激光脉冲，并照射到所述样品台上放置的目标光学元件上，以对所述目标光学元件表面进行激光预处理；

其中，所述预设整形激光脉冲包括在前的第一子脉冲和在后的第二子脉冲，所述第一子脉冲的脉宽大于所述第二子脉冲的脉宽，且所述第一子脉冲的最大强度小于所述第二子脉冲的最大强度。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一子脉冲的脉宽在1-10纳秒范围内，所述第二子脉冲的脉宽在10-900皮秒范围内。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二子脉冲的最大强度是所述第一子脉冲最大强度的2倍到500倍。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光脉冲产生装置还包括脉冲放大模块，所述幅度调制器输出的种子整形脉冲经过所述脉冲放大模块放大后形成所述预设整形激光脉冲。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激光脉冲产生装置还包括：倍频模块，

所述幅度调制器输出的种子整形脉冲经过所述倍频模块的倍频处理后形成所述预设整形激光脉冲。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述倍频模块包括Ⅰ类KDP倍频晶体和Ⅱ类三倍频晶体。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括能量控制模块，所述能量控制模块设置于所述激光脉冲产生装置与所述目标光学元件之间的光传播路径上，用于调节照射到所述目标光学元件表面的预设整形激光脉冲的能量大小。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述能量控制模块包括1/2波片和偏振片，所述激光脉冲产生装置输出的预设整形激光脉冲依次经所述1/2波片以及所述偏振片入射到所述目标光学元件。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述目标光学元件为光功率激光装置中的晶体元件。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述波形发生器为任意波形发生器。

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