光学元件的激光损伤阈值
文摘
2024-06-24 07:01
江苏
1 激光损伤阈值的定义
我们在前面的文章中介绍了光学元件镀膜方面的知识，在光学表面镀制特定的膜层，可以使光学元件满足在指定应用场合下的光学功能，比如增透、高反等。当光学元件应用在功率较强的激光光学系统时，激光光束照射在元件表面，会使得元件表面的能量急速聚集，有可能会引起元件表面的损伤，这种损伤通常是永久性的，从而使得光学系统无法正常工作。因此，为了探究光学元件表面能承受的最大激光能量是多少，人们提出了激光损伤阈值的概念。激光损伤阈值，英文全称为Laser-induced
damage threshold,简称LIDT，定义为光学器件损伤概率为零的最高激光辐射量，旨在指定在元件表面损伤发生前，单位面积内能够承受的最大激光能量。该指标是各类激光光学元件的重要规格参数之一，对于光学系统能否正常工作起到了关键的作用，因此，也引起相关领域工作人员的高度重视。2 激光损伤阈值的测试方法
激光损伤阈值可以用脉冲激光器来做测试，也可以用连续激光器来做测试。当采用脉冲激光器时，阈值大小用能量密度Hth表示，其单位为焦耳/平方厘米（J/cm2），当采用连续激光器时，阈值大小可以用功率密度Eth来表示，其单位为瓦/平方厘米（W/cm2），也可以线功率密度Fth来表示，其单位为瓦/厘米（W/cm）。根据测试标准，激光损伤阈值测试装置的基本配置如下图所示：![]()
损伤阈值的探测需要一台高性能、稳定输出的激光光源（例如，当选用脉冲激光器时，脉冲的重复频率应稳定在±1%允差范围内，并且脉冲与脉冲之间的能量变化不大于20%），发出的激光光束经过可变衰减器后，能量被调控到期望的脉冲能量或功率上，装置中采用合适的波片来调整光束的偏振态，汇聚系统用来将光束汇聚到合适的光斑大小，在光路中加入一个分光镜，用来对光束做分光，使得一部分光束进入光束诊断装置中来测试激光束的脉冲总能量、空间分布和时间分布。被测样品按照规定的入射角放置，用单个激光脉冲或能量恒定的脉冲串照射样品上的每一个测试点，前者称为1对1测试（1-on-1
test），即在样品表面每个测试点只进行一次激光照射，后者称为S对1测试（S-on-1
test），表示在一个测试点用多个脉冲照射的模式。在样品附近配置损伤探测器，来实时评估测试时的表面状态。根据测试要求，需要测试元件表面在不同能量照射下的状态，来识别在哪个能量下元件会被损伤，做为一个例子，一个元件表面测试点的分布如下所示：![]()
当元件表面出现损伤时，通常采用显微镜来对损伤点做测试，损伤点的图片如下图所示，就像是表面被烧灼了一样：![]()
1、在测试前，应将测试样品放置在相对湿度低于50%的条件下存储24小时，测试过程中只能接触样品的非光学表面；2、测试前，使用至少能对1μm尺寸大小进行探测的检测手段来对样品的表面质量和清洁度进行评价，元件表面的麻点和划痕会影响到损伤阈值的大小。3、若在测试样品表面发现脏污，需要对该表面进行清洗，表面的颗粒同样也会影响到损伤阈值。4、测试场所的空气环境需要经过清洁和过滤，相对湿度小于50%。3 结语
在本文中，我们对光学元件的激光损伤阈值的定义及其测试方法做了初步的介绍。激光损伤阈值是激光类光学元件的重要参数指标之一，用来描述元件表面在出现损伤前所能承受的最大辐照能量。按照激光器的种类不同，损伤阈值既可以用脉冲激光器做测试，也可以用连续激光器做测试，文中给出了损伤阈值的测试原理图、1对1模式和S对1测试模式的介绍和测试需要遵循的原则，对于想了解此方面知识的朋友会有一定的帮助。
