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超强激光科学卓越创新简报

(第八百一十七期)

2026年8月25日

上海光机所在PMMA光学元件纳秒紫外激光损伤研究方面取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室研究团队在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）光学元件高功率纳秒紫外激光损伤特性研究方面取得新进展。相关成果以“Damage characteristics of polymethyl methacrylate optical plate induced by nanosecond ultraviolet laser pulses”为题，发表于Optics and Laser Technology。

PMMA是一种高分子聚合物，又称有机玻璃，具有良好的光学透过率、机械强度和加工成型能力，在窗口、透镜、波片、光纤等光学元件中具有广泛应用。由于易微纳成型和大尺寸制造成本低等优势，PMMA有望作为高功率紫外激光装置靶室窗口、防碎片屏、连续相位板、微透镜阵列等可替换透射元件使用。然而，其在紫外纳秒激光辐照下抗激光损伤性能及损伤机理仍缺乏系统认识。

研究团队采用355 nm、6 ns的脉冲激光，系统测试了不同厚度PMMA光学元件的多脉冲激光损伤特性和物理机理。结果表明，单脉冲损伤阈值达到了20.60 J/cm2，接近熔石英元件损伤阈值；多脉冲辐照下阈值随脉冲数增加而逐渐下降，体现出明显的孵化效应。损伤形貌与激光通量密切相关：低于100%损伤阈值时损伤主要表现为微米尺度体内分立针点，且针点密度随能量密度升高而增加；超过100%损伤阈值后，前表面形成烧蚀坑。基于等离子体和热扩散复合模型揭示了微纳尺度缺陷是损伤诱因：内部离散分布的针点可能源于亚微米缺陷的局域吸收，针点状损伤点的尺寸主要由初始缺陷尺寸决定。研究团队进一步制备了355 nm溶胶凝胶增透膜，使PMMA光学元件在355 nm波段的透过率提高至99.4%，验证了其在高功率紫外激光装置中作为快速替换透射元件的应用潜力。

相关工作得到中国科学院战略性先导科技专项、中国科学院青年创新促进会等项目支持。

原文链接

图1. PMMA光学元件在355 nm纳秒紫外激光下损伤阈值随脉冲数目的变化规律

图2. 损伤点PMMA光学元件体内的分布规律。微米尺寸的损伤点在体内离散分布，主要在前表面附近，损伤点密度随激光通量增加而增加。

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