激光器件的激光损伤阈值详解

     激光损伤阈值（LIDT）是光学器件推测的损伤概率为零的最高激光辐射量，指定激光加工设备在损伤发生前能够承受的最大激光能量密度（脉冲激光器）或最大激光强度（连续波激光器）。然而，LIDT不能被视为低于此值则绝对不会发生损伤的能量密度，而是低于此值则损伤概率小于临界风险水平的能量密度，风险水平取决于多个因素。

    激光强度是指单位面积的光功率，通常以W/cm²为单位测量。最常见的强度分布包括平顶光束和高斯光束，高斯光束的峰值能量密度是具有相同光功率的平顶光束的两倍，其有效直径随能量密度的增加而增加，导致激光诱导损伤的概率升高。对于连续波激光器，损伤通常是由于光学镀膜或基片吸收引起的热效应造成的，胶结光学器件的连续波损伤阈值往往较低，了解CWLIDT规格需了解激光器的波长、光束直径、功率密度和强度分布等。而脉冲激光器以给定重复频率发射激光能量的离散脉冲，每个脉冲的能量与平均功率成正比，与激光器的重复频率成反比，LIDT指定为以J/cm²为单位的能量密度，损伤阈值取决于脉冲持续时间，不同脉冲宽度或重复率的激光系统损伤机制不同。

    激光损伤可能由多种机制引起，除了热积累和介质击穿之外，还可能由激光与某种缺陷的相互作用引起，缺陷包括研磨和抛光过程留下的表面下损伤、极小颗粒或镀膜上的金属元素等。脉冲持续时间对导致激光损伤的机制有很大的影响，不同的损伤机制产生不同的激光诱导损伤形态。

    LIDT的测试方法是接受测试的光学器件暴露在一定程度的激光能量密度下，然后进行检测，通常使用诺玛斯基型微分干涉差(DIC)显微镜进行检查，然后增加能量密度，并重复暴露和检查步骤，直到在光学器件上观察到损伤。测试类型包括单一样本测试和多样本测试。数据处理通过对测试数据进行线性外推来确定损伤概率为零的激光能量密度，从而确定光学器件的指定LIDT，但这是线性拟合数据，而不是真正的线性数据，威布尔和伯尔分布为LIDT数据提供了更精确的拟合。由于没有一种激光是完美的，所以有必要增加一个安全系数，选择一个LIDT高于激光器使用条件的光学器件，一般的行业惯例是使用三分之二的安全系数。

    激光损伤的检测方法包括微分干涉差显微镜检测、散射光检测、等离子体闪光监测和形态学分析。微分干涉差显微镜检测是按照ISO21254标准进行激光损伤检测最常用的方法，能观察到其他方法难以识别的缺陷，但人为判断测试结果可能会存在巨大差异。散射光检测利用目标点散射的光确定激光诱导损伤的存在和特征，但严重依赖于背景噪声的数量。等离子体闪光监测通过识别等离子体闪光或烧灼是光学器件受损的明显迹象。形态学分析包括生成激光诱导损伤点的高度图，描述损伤的大小和深度。

    激光的直径会严重影响光学器件的LIDT，如果光束尺寸太大或太小，都会导致LIDT值不准确。ISO21254中允许LIDT测试的最小光束直径为0.2mm。
    损伤阈值取决于波长和脉冲持续时间，如果光学器件的指定LIDT的波长或脉冲持续时间与应用情况不同，则必须在应用条件下对LIDT进行评估，尽可能避免LIDT按比例缩放。
    LIDT值的不确定性是由测试激光器中的波动、损伤检测方法以及对光学器件上的缺陷采样不足引起的。