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激光损伤阈值的计算和换算

  激光损伤阈值计算对于连续激光,损伤阈值由功率和光斑面积的比值表示。 需要注意两点:

  1,对于高斯光束,损伤阈值需要是2倍的功率密度以上才是安全的;

  2,激光损伤阈值同波长成正比,即波长越大,阈值越大,例如532nm的损伤阈值是1064nm损伤阈值的一半。

激光损伤阈值

  脉冲激光脉冲激光脉冲激光脉冲激光 对于us和ns级别的脉冲激光器,损伤阈值用能量和光斑面积的比值表示。

  对于脉冲,损伤阈值同脉冲时间有关系,损伤阈值的计算公式如下: 1/2LDT()LDT()*()yyxx= 式中,x,y为脉冲时间,LDT为激光损伤阈值。

  例如:如果一个光学元件对10ns的激光脉冲损伤阈值为2J/cm2,则对于1us的激光脉冲损伤阈值为2*(1000/10)1/2=20J/cm2。

  在脉冲和连续(ms级)激光之间,考虑激光的损伤阈值时,既要考虑平均功率的损伤阈值,又要考虑脉冲能量的损伤阈值。对于连续激光,也要按照ms脉冲计算器脉冲损伤阈值,使其同时满足两种表达形式的损伤阈值。

  此外,需要注意的是,激光是高斯光束时,损伤阈值也要提高一倍才安全。

  激光损伤阈值的单位换算

  激光损伤域值,连续激光和脉冲激光应是不同的,连续激光以W瓦特来计,是功率的单位;

  脉冲激光以J焦耳来计,是功的单位,它与脉宽有关。

  如我们将脉冲激光功换算成功率:10J/10ns=1000MW, 那么,脉冲激光相当的功率为1000MW

  所以,如果一个反射镜的损伤阈值为 15J/cm2 @ 10ns, 那么相当于1000MW/cm2

  下面是常用的膜层损伤阈值对比:

  YAG Laser Mirror 15J/cm2 @ 10ns 1MW/cm2

  YAG Laser Mirror 10J/cm2 @ 10ns 1MW/cm2

  YAG Laser Lens 5J/cm2 @ 10ns 1MW/cm2

  100W CO2 2mm Beam 33uj/cm2 @10ns 3333W/cm2

  3KW CO2 25.4mm beam 6uj/cm2 @10ns 600W/cm2

  假如处理好棱镜的表面以及规范的镀膜工艺,普通的单层或多层减反膜可以达到1~2J/cm^2以上。如果用离子束辅助的话,一般可以达到10J/cm^2以上,有报导高的可达40J/cm^2@1064nm。

  涉及激光损伤阈值的参量较多,如采用的激光器,是连续的还是脉冲的,激光模式,如果是脉冲的还与脉宽,重复频率,还与波长等有关,对于镀膜工艺来说,与选用的膜料种类及纯度,沉积手段,基底温度,膜层应力大小,膜层内缺陷多少都有关,据LLNL有关人士说,采用离子束辅助后激光阈值并不增加,有时反而下降,我们也有类似结论,但具体的原因在进一步研究,从目前的报道来看,用sol-gel做的AR膜具有最高的损伤阈值。

  脉冲激光损伤阅值~=功率X脉宽(500MW/cm^2X20ns=10J/cm^2).


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