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激光損傷閾值
2019-09-19 12:33:03
   在光學(xué)應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)中，選擇光學(xué)元件的一個(gè)重要因素就是能否承受光輻射所帶來(lái)的影響，這在高功率激光應(yīng)用中是特別重要的。光輻射對(duì)光學(xué)元件的損傷主要有三類：一極高峰值功率直接引起的材料化學(xué)鍵損壞；二是短脈沖激光輻射引起的介質(zhì)擊穿；三是光吸收引起的熱效應(yīng)。在短脈沖激光下，光學(xué)元件經(jīng)受光輻射的能力的參數(shù)就叫做激光損傷閾值，它代表了光學(xué)元件可以承受的最大能量密度（脈沖光源）或最大光學(xué)功率密度（連續(xù)光源），單位通常用W/cm2和J或cm~2來(lái)表示。

   本文將討論不同類型激光源對(duì)應(yīng)的激光損傷閾值。

   連續(xù)激光
   連續(xù)激光對(duì)光學(xué)元件的損傷主要是由熱反應(yīng)引起的，而激光損傷閾值則用最高的可承受激光密度功率表示。例如，計(jì)算了波長(zhǎng)為1064nm、光束直徑為0.8mm的50mw nd:yag激光器的功率密度。
   先計(jì)算光斑面積：光斑面積=πr2=3.14x（0.4mm）2=5.024x10-3cm2。
   然后計(jì)算單位面積的激光功率：功率密度=激光功率/光斑面積=9.95W/cm2 。
   將其與光學(xué)元件的損傷閾值進(jìn)行比較，以確定光學(xué)元件是否合適。
   這里值得一提的是：光學(xué)元件的激光損傷閾值與波長(zhǎng)成正比。532nm處的激光損傷閾值大概是1064nm處的一半。

   脈沖激光
   在脈沖激光作用下，光學(xué)元件的損傷閾值通常用可承受的最大脈沖能量密度來(lái)表示。對(duì)于脈寬在微秒到納秒之間的脈沖激光器，損傷閾值與脈沖寬度的平方根在時(shí)域上成正比。例如，在1s脈沖下，光學(xué)元件的損傷閾值是在10ns脈沖下的10倍。如果在10ns脈沖下，光學(xué)元件的損傷閾值為2j/cm~2，則在相同波長(zhǎng)的1s激光脈沖下，光學(xué)元件的損傷閾值為2j/cm~2*（10-6sec/10x10-9sec）1/2=20j/cm~2。

   超快激光
   對(duì)于時(shí)域?qū)挾葹槠っ牒惋w秒的超快激光器，激光脈沖具有很高的峰值功率和電場(chǎng)強(qiáng)度，能破壞輻照材料的化學(xué)鍵，導(dǎo)致介質(zhì)崩解。超快激光損傷閾值不能由納秒脈沖的損傷閾值來(lái)計(jì)算，損傷機(jī)理與脈沖寬度密切相關(guān)，難以表征。

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