高能激光用透射光栅

(兆焦耳激光)光栅

The Laser Megajoule (LMJ) Gratings

LMJ (The Laser Megajoule) 是一个位于法国波尔多(Bordeaux)城,为法国核研究局(CEA)研制的在建的高能激光装置。完成后将有240束激光脉冲聚焦于2mm的靶上,能量2MJ,产生高密度、高压、高温条件,以引发核聚变.

LMJ一个最显著的特征是应用大口径的衍射光学元件,而世界上可以与之相提并论的系统(NIF,LLNL)用的是传统的折射光学元件.

在法国核研究局和HORIBA Jobin Yvon科学家们的密切合作下,这些订制的光学元件(400×400 mm的聚焦光栅)的可行性得到了证实,并于2000年开始初型产品的生产,结果证实了这种设计的优良性能.

HORIBA Jobin Yvon公司生产的光栅微结构轮廓数据表明:槽深是刻线周期的两倍,这是一个真正的挑战。在420mmx470 mm大的面上保持一致性也是技术上的一大成功.

高能激光用透射光栅的参数

为了生产LMJ-型的透射光栅,我们首先制造全息掩膜,然后将掩膜的调制直接转移到熔石英基底上。因此光栅仅由熔石英制成(没有任何环氧层上的光刻胶)。这样一来激光诱发的损伤阈值就和熔石英基板本身的一样高.

我们生产了两种用于高能激光的透射光栅:

  • 1ω光栅:等间距直线,800 l/mm,对1.053 μm中心波长的光来说TM偏振光可达到92 ~ 94%的平均衍射效率.
  • 3ω光栅:聚焦用光栅,刻线为非等间距的曲线,2400 l/mm,优化至中心波长351 nm,TE偏振光平均衍射效率可达90 ~ 92%。
    这种聚焦光栅的作用如共点聚焦透镜.

测得的损伤阈值 =
25 J/cm² at 1.053 µm for ns 脉冲
12 J/cm² at 351 nm for ns 脉冲

SEM Groove Profile of 2500 l/mm Transmission Grating
1ω LMJ透射光栅效率图显示了大面积离子蚀刻的均匀性