dmd空间光调制器激光损伤阈值
激光损伤阈值
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）或最大能量密度（脉冲光源），常见单位分别是W/cm2和J/cm2。
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。
连续激光对光学元件的损伤，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0.8 mm。
首先，计算激光的光斑面积大小：光斑面积= πr2= 3.14 x (0.4 mm)2= 5.024 x 10-3 cm2然后计算功率密度，即每单位面积上的激光功率：功率密度= 激光功率/ 光斑面积=9.95 W/cm2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。
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1µs的激光脉冲下的损伤阈值则是2J/cm2 * (10-6 sec/ 10 x 10-9 sec)1/2 =20 J/cm2。
光学元件的损伤阈值
光学元件的损伤阈值光学元件激光损伤阈值是衡量光学元件抗激光破坏能力的重要指标，但从高功率激光装置的应用角度上讲，损伤阈值并不是一个全面充分的指标。
公认的标准对损伤的定义是能被规定的损伤诊断装置所观察到，由激光引起的光学元件表面或内部特征永久性变化。
一般采用微分相称显微镜观察，十微米左右的损伤，而损伤阈值的界定是和测量方法和判断标准有关，所谓测量方法主要是激光参数和测试数据量的设定，判断标准就是什么样的情况算损伤，一般将损伤阈值定义为发生零损伤概率的最高激光能量密度。
光学元件损伤阈值的测试方法包括1-on-1，R-on-1，N-on-1和S-on-1，如图2所示。
a）1-on-1，即元件的每一个测试点上只辐照一个单脉冲；b）S-on-1，即用相同的激光能量脉冲以相同的时间间隔（激光脉冲重复频率）在元件上的同一点上辐照多次；c）N-on-1，即激光能量脉冲由小到大地增加，辐照在元件的同一点上。
在相邻的每个激光脉冲之间，可以没有一个固定的时间间隔；d）R-on-1，即用很小的等幅线性增加的激光能量以相同短时间间隔在元件的同一点上辐照多次。
其中，1-on-1和S-on-1测试方式通常被作为测试熔石英损伤阈值的测试方法，在国际标准11254中有明确的阐述。
N-on-1和R-on-1方式常被用作对熔石英进行激光预处理的激光辐照方式。
图2 四种损伤测试方法示意图1-on-1测试方法是目前最普遍采用的元件损伤阈值测试方法，国际标准11254中定义的测试基本步骤是：a）用相同能量的单脉冲，分别照射测试元件上的m个点（m不小于10），每个点只辐照一次，每个辐照点用相衬显微镜观测是否出现损伤，记下m个测试点中发生损伤的点数n，得出这个能量密度下损伤几率为n/m。
b）改变能量，同样测出该能量密度下的损伤频率。
要求测出多个能量点的损伤频率，其中包含损伤频率为零和损伤频率为100%的能量点。
c）以激光能量密度为横轴，以损伤频率为纵轴，得出损伤频率与激光能量点的分布散点图。
一种激光损伤阈值测试新方法
璃进 行激 光损伤阈值 的测量 。实验选用 ２个 直径 巾３Ｏ ｉｎｎ］，厚 ２ ｉｏｎ２的 Ｋ９玻璃样 品 ，根据 国际标准 ＩＳＯ ２１２５４测试 规范 ， 采用 １－ｏｎ－１的方式对样品进行了激光 辐照 ，并采用零几率 损
的线状谱 ，不同元素的线状谱 ，由于能极差 的不 同造 成 了线 状谱 的位置不 同。
光斑直径 （１／ｅ 半径 ）为 １ ｒｎｌｎ。测试样 品置 于一个 由步进 电 ７．５ Ｊ·ａｍ－。的激光能量密度辐照下 ，Ｋ９玻璃样 品并 没有损
机驱 动的二维平移台上 。激光器的单次脉冲能量 经 ３组共 １５ 伤 ，而只是空气 被 强激 光击 穿 而 导致 的等 离子 体 闪光 。因
片衰减 片组成 的衰减系统进行衰减 ，并 由一个能 量计实时进 行激光输 出能量 测试 。根据 国际标 准 ＩＳＯ ２１２５４测 试规 范 ， 采用 １－ｏｎ－１的方式对样品进行了激光辐照 ，即采用脉冲激光 器对样 品进行单脉 冲辐 照，并且样品的每一个被 测试的 区域
实验装置 如图 ２所示 ，激 光器 为基模 （ＴＥＭｏｏ）的 Ｎｄ： ＹＡＧ调 Ｑ激光器 ，输 出波长为 １ ０６４ ｎＩｎ，脉宽 （Ｆｗ ＨＭ）为 １０ ｎｓ，输 出的激光经激光扩束系统和衰减系统后 ，由透镜聚 焦 到样 品表面 ，采用刀 口扫描法测得作用在样 品表面的有效
图 ３（ａ）是 Ｋ９玻璃样 品在 ３６ ｊ·ｃｍ 的激光能量密度辐 照下所采集 到的等离子体 闪光 的光谱 图。从 图 中可 以明显看 出，存在连续光谱和和线 状谱 ，其 中连 续光谱来 自热 电子 的 轫致辐射和 电子一离子复合过程 ，而线 状谱 即为原子一离子谱 ， 表 明光谱 中所存在 的元素＿１ 。经过对线状谱的诊断 ，我们发 现 了 ｓｉ元素在 ６１４．５啪 处 的谱 峰 ，这说 明样 品 已经损 伤 。 同时 ，光谱 图中还存 在有很高 的 Ｎ峰和 。峰 ，这是强激光辐 照下产生 的激光等离子体发生 了快速膨胀 ，导致周 围空气被 压缩击穿 的结果［１ 。而 图 ３（ｂ）则为 Ｋ９玻 璃样品在 ７．５ Ｊ· Ｃｍ－ 的激光能量密度辐照下采集到的等离子体 光谱 ，经过光 谱分析后 发现 ，没 有 ｓｉ峰 ，只有 Ｎ 峰和 ０峰 。这说 明 ，在
激光损伤阈值计算
激光损伤阈值计算
摘自Newport 《光子学资源》
连续激光
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。
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：
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/cm 2，则对于1us 的激光脉冲损伤阈值为2*（1000/10）1/2=20J/cm 2。
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。
1/2LDT()LDT()*()y y x x
超快激光
对于ps和fs领域的超快脉冲激光，峰值功率可以很高，对应的损伤阈值也较高（TW/cm2级别）。
【激光原理】2.5激光器的损耗与阈值条件2015-2016(2)
例1 某激光介质的增益为G=10m-1,初始光强为I0, 求光在介质中传播0.1m后的光强(不考虑损耗与增 益饱和)
解
I(z) I0eGz
I (0.1)
I
e100.1
0
eI0
2.718I0
例2 谐振腔长为L=50cm,小信号增益系数为
G0＝10－3 1/mm,总单程损耗率为δ=0.02，求
往返2次后的光强为初始光强的倍数。总单程 损耗率定义为 初始光强为I0在无I源1 腔I0e内2 往返
a总
a总为总损耗系数
则形成激光所要求的增益系数的条件为： G a总
二、阈值增益系数 G阈 a总
随着光强的增大，增益系数不断下降，当它下降到下
限值时，光强也到达最大值IM，增益系数的下限值为增益
系数的阈值：
均匀加宽
G0 G阈 1 IM
IS
a总；
非均匀加宽
G阈
GD0 (1 IM IS )1 2
a总
G0( )
G 0m
G阈
阈
0
三、振荡线宽 阈
G0( )
(1)定义 ： 小信号增益曲
G 0m
线中大于G阈部分的线宽
阈
G阈
（2）定义激发参量：
G0m
G阈
0
均匀加宽 阈 1 H
非均匀加宽
阈
ln
ln 2
D
四、粒子数密度反转分布值的阈值 n阈
由
G(ν) nB21
c
f (ν)hν
得
G阈＝n阈
r1
r2
L
I3
(5)此时腔内光的放大倍数为
K
I2 I1
r1 r2 exp( G0
a内)2L
激光损伤阈值的计算
激光损伤阈值的计算【原创版】目录1.引言2.激光损伤阈值的定义3.激光损伤阈值的计算方法3.1 基于光强分布的计算方法3.2 基于光学参数的计算方法3.3 基于损伤模型的计算方法4.激光损伤阈值的应用5.结论正文一、引言激光技术在军事、工业和医疗等领域具有广泛的应用，然而激光对物体的损伤作用亦不容忽视。
激光损伤阈值作为评价激光器安全性及激光应用范围的重要参数，计算方法的研究具有重要意义。
本文将探讨激光损伤阈值的计算方法及其应用。
二、激光损伤阈值的定义激光损伤阈值是指在一定条件下，激光对某一物质造成损伤所需的最低能量密度。
通常用单位面积上的能量（焦耳/平方米）表示。
三、激光损伤阈值的计算方法1.基于光强分布的计算方法光强分布计算方法是通过对激光束的横截面进行积分，得到激光束在物体表面的光强分布。
然后根据物体表面的光强分布和激光损伤阈值定义，计算激光对物体的损伤阈值。
2.基于光学参数的计算方法光学参数计算方法主要根据激光束的参数，如激光波长、束腰半径、发散角等，结合物体的光学特性，如吸收系数、散射系数等，计算激光损伤阈值。
3.基于损伤模型的计算方法损伤模型计算方法是建立在激光与物体相互作用的物理机制基础上，根据激光对物体产生的热效应、光化学效应等损伤机制，建立数学模型，计算激光损伤阈值。
四、激光损伤阈值的应用激光损伤阈值的应用主要体现在以下几个方面：1.激光器安全性评估：激光损伤阈值可作为评价激光器安全性的重要依据，对于保证激光器在正常使用条件下不产生损伤具有重要意义。
2.激光应用范围：激光损伤阈值可作为评价激光在不同应用领域的适用性的重要参数，如激光武器、激光通信、激光雷达等。
3.激光防护：激光损伤阈值的研究有助于提高激光防护技术水平，为激光防护材料的研究和设计提供理论依据。
五、结论激光损伤阈值的计算方法研究对激光技术的发展和应用具有重要意义。
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一、概述
当今社会，激光技术已经广泛应用于军事、医疗、通信、工业等领域，而激光损伤阈值是评定激光设备性能的重要指标之一。
而在激光
损伤阈值的研究中，dmd空间光调制器也被广泛应用。
本文将探讨dmd空间光调制器在激光损伤阈值研究中的应用。
二、dmd空间光调制器简介
1. dmd空间光调制器是一种基于数字微镜片技术的高精度光电器件，它可以通过调制光的相位和振幅来实现对光的空间分布控制。
2. dmd空间光调制器具有高反射率、高光学质量、快速响应等特点，被广泛用于激光领域的研究和应用。
三、dmd空间光调制器在激光损伤阈值研究中的应用
1. 激光损伤阈值是评估材料对激光辐射的耐受能力的重要参数。
传
统的激光损伤阈值测试需要大量的人力物力，并且测试效率低下。
2. dmd空间光调制器可以根据需要实现对激光的空间分布进行调节，可以很好地模拟不同材料在不同激光条件下的受损情况，从而大大提
高了激光损伤阈值的测试效率和准确性。
3. 通过对不同材料在不同激光条件下的损伤情况进行模拟实验，研
究人员可以更加全面地了解材料的激光损伤特性，为材料的选用和激
光设备的设计提供科学依据。
四、dmd空间光调制器在激光损伤阈值研究中的优势
1. 高精度：dmd空间光调制器可以精确控制光的相位和振幅，可以满足不同激光损伤阈值测试的需求。
2. 高效性：相比传统的激光损伤阈值测试方法，dmd空间光调制器可以大大提高测试效率，节约时间和成本。
3. 灵活性：dmd空间光调制器可以根据实际需求灵活调整激光的空间分布，适用于不同材料在不同激光条件下的损伤研究。
五、结论
dmd空间光调制器在激光损伤阈值研究中具有重要的应用前景和广阔的市场需求。
随着激光技术的不断发展，dmd空间光调制器将会在激光领域中发挥越来越重要的作用，为激光设备的性能评定和材料的
选择提供更加科学的依据。
六、 dmd空间光调制器在激光损伤阈值研究中的实际应用案例
在激光技术领域，dmd空间光调制器在激光损伤阈值研究中得到了广泛的实际应用。
下面将介绍一些实际应用案例，展示dmd空间光调制器在激光损伤阈值研究中的重要作用。
1. 实验室材料研究
在许多实验室中，研究人员利用dmd空间光调制器对不同材料进行激光损伤阈值测试。
通过调节dmd空间光调制器的光学参数，他们可以模拟不同激光条件下材料的损伤情况，从而研究材料的激光损伤特性。
这对于材料的选用和激光设备的设计提供了重要的参考依据。
2. 医疗设备研究
在医疗设备的研发中，对激光器件的激光损伤阈值进行测试是至关重要的。
利用dmd空间光调制器，研究人员可以模拟激光设备在不同实际使用条件下的激光输出，从而评估激光器件的损伤阈值，保证医疗设备的安全可靠性。
3. 工业材料加工
在工业领域，许多材料的加工都需要使用激光设备。
通过利用dmd空间光调制器，研究人员可以在实验室中模拟不同激光条件下对材料的损伤情况进行研究，从而选择最佳的激光加工参数，提高加工效率和产品质量。
以上三个实际应用案例充分展示了dmd空间光调制器在激光损伤阈值研究中的重要作用，为激光设备的性能评定和材料的选择提供了更加科学的依据。
七、 dmd空间光调制器在激光损伤阈值研究中的未来发展趋势
1. 激光损伤阈值测试技术的进一步完善
随着激光技术的发展，对激光损伤阈值测试技术的要求也越来越高。
dmd空间光调制器作为一种新型的光调制器件，其在激光损伤阈值研究中的应用将会得到进一步的完善和发展，提高测试的准确性和可重复性。
2. 自动化系统的应用
随着人工智能和自动化技术的不断发展，未来可以预期dmd空间光调制器在激光损伤阈值研究中的应用将更加智能化和自动化。
通过与自
动化系统相结合，在激光损伤阈值测试过程中实现元件的自动控制和
数据分析，提高测试的效率和精度。
3. 多领域的应用拓展
除了在激光损伤阈值研究中的应用，dmd空间光调制器还可以在光学成像、光通信、光刻制造等多个领域中发挥作用。
随着技术的不断进步，dmd空间光调制器的应用领域也将不断拓展，为更多领域的研究和应用提供帮助。
八、结论
本文基于dmd空间光调制器在激光损伤阈值研究中的应用展开了论述。
通过对dmd空间光调制器的简介和在激光损伤阈值研究中的应用进行探讨，揭示了其在该领域的重要作用和优势。
结合实际应用案例及未
来发展趋势的分析，我们可以看出dmd空间光调制器将会在激光领域中发挥越来越重要的作用，为激光设备的性能评定和材料的选择提供
更加科学的依据。
期待着在未来的发展中，dmd空间光调制器能够为激光技术的进步和应用提供更多的支持和帮助。