激光损伤阈值

激光损伤阈值
2019-09-19 12:33:03
   在光学应用和实验中，选择光学元件的一个重要因素就是能否承受光辐射所带来的影响，这在高功率激光应用中是特别重要的。光辐射对光学元件的损伤主要有三类：一极高峰值功率直接引起的材料化学键损坏；二是短脉冲激光辐射引起的介质击穿；三是光吸收引起的热效应。在短脉冲激光下，光学元件经受光辐射的能力的参数就叫做激光损伤阈值，它代表了光学元件可以承受的最大能量密度（脉冲光源）或最大光学功率密度（连续光源），单位通常用W/cm2和J或cm~2来表示。

   本文将讨论不同类型激光源对应的激光损伤阈值。

   连续激光
   连续激光对光学元件的损伤主要是由热反应引起的，而激光损伤阈值则用最高的可承受激光密度功率表示。例如，计算了波长为1064nm、光束直径为0.8mm的50mw nd:yag激光器的功率密度。
   先计算光斑面积：光斑面积=πr2=3.14x（0.4mm）2=5.024x10-3cm2。
   然后计算单位面积的激光功率：功率密度=激光功率/光斑面积=9.95W/cm2 。
   将其与光学元件的损伤阈值进行比较，以确定光学元件是否合适。
   这里值得一提的是：光学元件的激光损伤阈值与波长成正比。532nm处的激光损伤阈值大概是1064nm处的一半。

   脉冲激光
   在脉冲激光作用下，光学元件的损伤阈值通常用可承受的最大脉冲能量密度来表示。对于脉宽在微秒到纳秒之间的脉冲激光器，损伤阈值与脉冲宽度的平方根在时域上成正比。例如，在1s脉冲下，光学元件的损伤阈值是在10ns脉冲下的10倍。如果在10ns脉冲下，光学元件的损伤阈值为2j/cm~2，则在相同波长的1s激光脉冲下，光学元件的损伤阈值为2j/cm~2*（10-6sec/10x10-9sec）1/2=20j/cm~2。

   超快激光
   对于时域宽度为皮秒和飞秒的超快激光器，激光脉冲具有很高的峰值功率和电场强度，能破坏辐照材料的化学键，导致介质崩解。超快激光损伤阈值不能由纳秒脉冲的损伤阈值来计算，损伤机理与脉冲宽度密切相关，难以表征。

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