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【机械原创】-光学元件的损伤_卖家电商杂谈_门别网
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| 发表：2018-8-2 12:01:59 查看：1146 回复：1
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【机械原创】-光学元件的损伤 |
光学元件的破坏通常分为两个部分，即表面破坏和体破坏，一般情况下表面破坏阀值要比体破坏阀值低。原因是光学材料表面容易受到灰尘、油类及有机物质的污染，形成吸热的中心。再加之光学材料表面加工时的微小缺陷（如不光滑，形成条纹和凹型等）使其表面受的分子间力减小，容易造成破坏等。另外造成光学材料表面破坏还有一个外部的原因，就是照射在光学材料表面的激光束的空间分布不均匀，不均匀性引起了表面均部场强很强，由此形成了光学元件表面的局部破坏。
光学材料表面破坏的实质及基本原理可以归纳为，其表面原子核分子在激光照射下融化、蒸发、升华，原子间价键断裂，表面等离子体发生一系列过程，包括热过程和电磁力过程。这种的详细机理在这里不做介绍。但在一般情况下，利用脉冲时间间隔长的激光脉冲照射表面，其结果使热过程占优势，而用脉冲时间间隔短的激光脉冲照射则主要为电磁力过程。但需要说明的是这两个过程没有明确的界限，例如长激光的成分，在一定情况下，也存在热过程。
二、光学材料的元件损伤
光学材料的元件损伤类型有两种，一种类型是发生在元件的内部，其损伤是由材料的粒子包裹物、微小不均匀性、光吸收或自聚焦引起的。另一种类型是发生 在光学元件的表面，其表面的损伤则主要是由透明介质表面的污染或不平整等所引起的。在这两种损伤中，表面损伤更为严重，这是因为能引起表面损伤的光束能量比较起来更低，下面以光学元件表面拉伤为例做简要介绍。
光学元件的表面损伤阀值参数对良好的激光器设计的影响比较大。在实验中发现，块状材料的表面或经过窃底清洁处理处理材料的表面，其损伤阀值也要比体积损伤阀值下低。例如，用脉宽为30ns的激光束对LG55等光学玻璃照射，，在1~1.3GW/cm2间峰值功率密度下发现玻璃表面发生损伤，低于此阀值时，没有观察到任何损伤。而脉宽为40ns，能量密度为10J/cm2的激光束用长焦距透视镜聚焦到光学玻璃样品上，观察到丝状损伤发生在2.5~3GW/cm2之间。因此表面损伤阀值和体积损伤阀值值比约为1:2和1:3左右。其主要原因是，由于光学玻璃表面虽然经过清洁处理和抛光，但表面上依然留有划痕、缺陷和疵点。当激光束照射在这些点上时，光波的电场大大加强，以致紧靠表面内侧的有效场强远大于平均场强，因此表面击穿或损伤就首先出现在某一点疵点的附近。另外在光学玻璃上抛光时，由于抛光材料的微小颗粒或其他杂质也会留在光学元件的表面，这些杂质吸收能力很强（如常用的钻石抛光膏），从而形成产生损伤的中心。引起表面损伤阀值降低的其他因素还有空气只给你尘埃。手指印或其他杂质的吸收等造成的表面污染。
光学材料表面损伤由极微小的包裹物吸收所引起，（各孤立的包裹物就紧贴表面下发生微小爆炸），或因为介质中电子雪崩击穿在许多方面与熟知的固体主流击穿现象相同，在所加光电场的作用下，自由电子被加速到其能量超过价导带间的能隙宽度，紧接着发生的晶格电离和截流子倍增雪崩造成对激光能量的吸收迅速增加。
对典型的光学材料表面损伤呈凹痕形状，有些资料报道认为，玻璃表面凹痕的形成是接近表面形成驻波的结果。这种驻波形成是由等离子体与玻璃边界的发射产生的。等离子体产生之后，邻近表面处存在及个波长厚的等离子体层。这种等离子体在其形成处，即靠近表面处浓度最大。驻波波腹上的电场可达入射光束电场的两倍，第一个波腹在离玻璃表λ/4波长处，波腹的强电场造成玻璃表面或紧贴表面处出现凹痕。
三、光学材料的损伤阀值定义分析
光学材料的损伤阀值的定义比较复杂，至今还存在一些争议。原因是损伤阀值与大量的激光参数，如激光的波长、能量、脉冲宽度、振荡模式结构、光束尺寸、高斯光束束腰位置等有关。因此从激光器件系统设计和激光器件应用等不同角度考虑，理解损伤阀值的含义是不一样的。由于确定被观察到损坏中心与激光特性变坏之间的关系极为困难，所以通常将损伤阀值定义为，被测试光学元件中观察到外观变化所需的能量密度或功率密度，或者说使光学元件样品出现肉眼可见的明显损伤的最低功率密度。但是应该指出，损伤是密度随机的饿，在任何功率水平下，损伤概率都不为零，并随光强的增大而增大。通常引用的损伤阀值数值都是指单次照射致损伤的功率水平。随着激光功率的降低，光损伤概率相应降低，当降到某一功率水平后，光学材料能够承受千万次照射而不损伤，这一功率水平就代表一个系统长期工作而部件不致损伤的最高功率水平。
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云式大法yun 等级： / 门别币：80第1楼 |
| 回复：2018-8-2 12:02:53 |
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非常的给力
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