激光损伤阈值.pdf

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1、激光损伤阈值Newport理波原创在光学实验和应用中，当选择光学元件时，一个很重要的因素是光学元件是否可以承受光辐射带来的影响，这一点在高功率激光应用中尤为重要。光辐射对光学元件的损伤主要有三种形式：一是因光吸收导致的热效应；二是短脉冲激光辐射下造成的介质击穿；三是超短脉冲激光下，因极高的峰值功率而直接导致的物质化学键破坏。衡量一个光学元件承受光辐射能力的参数是激光损伤阈值，代表元件可以承受的最大光功率密度（连续光源）或最大能量密22度（脉冲光源），常见单位分别是W/cm和J/cm。本篇我们将对不同形式的激光光源对应的激光损伤阈值进行讨论。连续激光连续激光对光学元件的

2、损伤，主要是由光吸收形成的热效应造成的，损伤阈值由最高可承受的激光功率密度表示。例如，计算一个功率为50mW的Nd:YAG激光器的功率密度，波长1064nm，光束直径0.8mm。首先，计算激光的光斑面积大小：2光斑面积=πr2=3.14x(0.4mm)-32=5.024x10cm然后计算功率密度，即每单位面积上的激光功率：功率密度2=激光功率/光斑面积=9.95W/cm把它与光学元件的损伤阈值比较，来判断该光学元件是否适用。对于一束高斯激光光束，为了保险起见，通常需要在计算得到的激光功率密度上乘以2，代表高斯光束中心区域的较高功率密度。请注意，光学元件的激光损伤阈值随

3、波长成比例关系。例如，在532nm处的损伤阈值大约是1064nm处阈值的一半。1 / 2脉冲激光光学元件在脉冲激光下的损伤阈值，通常由最大可承受的脉冲能量密度来表示。对于脉冲宽度在微秒和纳秒之间的脉冲激光，损伤阈值和脉冲的时域宽度的平方根成比例关系。例如，一个光学元件在1µs脉冲下的损伤阈值，是其在10ns脉冲下损伤阈值的10倍。Newport提供的光学元件，一般都会给出两种激光损伤阈值，一种对应连续激光，一种对应10ns脉宽的脉冲激光。假如有一光学元件在10ns脉冲下的损坏阈值是2J/cm2，那么它在同样波长的2-6-91/221µs的激光脉冲下的损伤阈值则是2J/

4、cm*(10sec/10x10sec)=20J/cm。对于脉冲宽度在毫秒和连续激光之间的区域，因它处于脉冲激光和连续激光之间的交叠范围，通常比较安全的做法是，同时比较光学元件的连续和脉冲激光损伤阈值，使得两种情况都能满足。另外，在脉冲激光光束中，常有一些较高功率的热点。因此，建议在计算得到的能量或功率密度和光学元件的损伤阈值之间，留有大概2或3倍的安全系数，以保证光学元件不被损坏。高斯光束也同样需要考虑2倍系数，代表光束中心的高功率密度。超快激光对于脉冲的时域宽度在皮秒和飞秒范围内的超快激光，在激光脉冲内具有极高的峰值功率和电场强度，可对被辐射物质的化学键造成破坏，并

5、诱导介质击穿。超快激光的损伤阈值通常都无法从纳秒脉冲的损伤阈值中计算得到，且损伤机制与脉冲宽度有很大关系，不易表征。2Newport提供的UF.25镀膜的45°超快反射镜，经过实验测试，可承受峰值功率1TW/cm，脉宽100fs，重频5Hz，中心波长800nm脉冲激光的辐射，是超快激光应用的理想选择。2 / 2