Порог повреждения лазером
 |
Порог повреждения лазером (LDT) или порог повреждения, вызванного лазером (LIDT) — это предел, при котором оптика или материал будут повреждены лазером с учетом флюенса (энергии на площадь), интенсивности (мощности на площадь) и длины волны . Значения LDT актуальны как для пропускающих, так и для отражающих оптических элементов, а также для применений, где ожидаемым результатом является лазерная модификация или разрушение материала.
Механизмы
[ редактировать ]Термальный
[ редактировать ]Для лазеров с длинными импульсами или лазерами непрерывного действия основной механизм повреждения обычно является тепловым. Поскольку как передающая, так и отражающая оптика имеют ненулевое поглощение, лазер может передавать тепловую энергию в оптику. В определенный момент может возникнуть достаточный локальный нагрев, чтобы либо повлиять на свойства материала, либо вызвать тепловой удар .
Диэлектрический пробой
[ редактировать ]Пробой диэлектрика происходит в изоляционных материалах всякий раз, когда электрического поля достаточно, чтобы вызвать электропроводность. Хотя эта концепция более распространена в контексте электротехники постоянного и относительно низкочастотного переменного тока , электромагнитных полей импульсного лазера может быть достаточно, чтобы вызвать этот эффект, вызывая разрушительные структурные и химические изменения в оптике.
Лавинный обвал
[ редактировать ]При очень коротких и мощных импульсах лавинный пробой может произойти . При таких исключительно высоких интенсивностях многофотонное поглощение может вызвать быструю ионизацию атомов оптики. Эта плазма легко поглощает энергию лазера, что приводит к высвобождению большего количества электронов и неуправляемому «лавинному» эффекту, способному нанести значительный ущерб оптике.
смягчение последствий
[ редактировать ]Оптические системы позволяют смягчить последствия лазерного повреждения как за счет увеличения ЛРТ используемой оптики, так и за счет изменения характеристик лазерного луча. Использование диэлектрических зеркал с высокой отражательной способностью (HR) вместо металлических зеркал является распространенной стратегией. Кроме того, луч можно расширить, уменьшив флюенс, присутствующий на оптике. Наконец, луч можно растянуть во времени, т. е. « чирпировать », чтобы уменьшить мощность, падающую на оптику. Использование чирпированных лучей стало ключевым нововведением в усилении чирпированных импульсов — методе, позволяющем генерировать лучи петаваттного класса, который был удостоен Нобелевской премии по физике 2018 года .
Приложения
[ редактировать ]В некоторых приложениях лазерный пробой используется напрямую, что требует знания свойств LDT материалов. Вот некоторые примеры:
- Лазерная резка
- Импульсное лазерное напыление
- Некоторые лазерной медицины методы
- Генерация плазмы, особенно для ускорения кильватерного поля
- Лазерное оружие
Литература
[ редактировать ]- Стандарт ISO 21254-1: 2011(E): «Лазеры и лазерное оборудование. Методы испытаний порога лазерно-индуцированного повреждения. Часть 1. Определения и общие принципы» (2011 г.)
- Стандарт ISO 21254-2: 2011(E): «Лазеры и лазерное оборудование. Методы испытаний порога лазерно-индуцированного повреждения. Часть 2: Определение порога» (2011 г.)
- Стандарт ISO 21254-3: 2011(E): «Лазеры и лазерное оборудование. Методы испытаний порога лазерно-индуцированного повреждения. Часть 3. Обеспечение возможностей управления мощностью (энергией) лазера» (2011 г.)
- Стандарт ISO 21254-4: 2011(E): «Лазеры и лазерное оборудование. Методы испытаний порога лазерно-индуцированного повреждения. Часть 4. Проверка, обнаружение и измерение» (2011 г.)
- Ристау, Д. (ред.), «Повреждения оптических материалов, вызванные лазером (1-е изд.)», CRC Press (2014). https://doi.org/10.1201/b17722
