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走进光束测量-损伤阈值（二）

来源：青岛森泉光电有限公司更新时间：2024-09-23 16:30:12 阅读量：170

导读：走进光束测量-损伤阈值（二）

在确定激光是否适合某种器件或应用时，激光器生产商可能没有提供相关的参考参数。在这种情况下，需要我们自行计算相应的数值，以防止损伤光电探测器和其它探头。而在正式进入计算之前，需要对一些参数做出定义。

利用以上参数，我们通常就可以确定光源是否可以被施加在设备上，当然免不了需要进行一些计算：

计算平均功率：

...................（1）

计算峰值功率：

.......................（2）

计算线功率密度：

，P为峰值功率则该式为线峰值功率密度，P为平均功率则该式为线平均功率密度......................................（3）

计算功率密度：

，P的分类同上..（4）

计算能量密度：

，....................（5）

一般对于高斯光束来说，式（4）、（5）可以简化为式（6）

.................（6）

对于脉冲激光，若只给到了平均功率以及重频，也可以计算脉冲能量：

.....................（7）

在熟悉这些参数以及计算方法后，我们就可以拿出草稿纸来通过计算分析我们想要测量的光源是否可以安全的打在探测器上面。以下是一些示例：

1.探测器的最大峰值光输入功率为500mW，是否可以安全测量以下脉冲激光？

平均功率：325mW，重复频率：80MHz，脉冲宽度：20fs

根据式（7），得到单脉冲能量

虽然看起来

是很低的，但是峰值脉冲功率根据式（2）可得

使用该探测器测量该脉冲激光是不安全的，该飞秒激光的脉冲峰值功率比探测器的最大输入光功率高了数个数量级。

2.某探测器表面镀膜，膜层损伤阈值：0.5J/cm²（515nm，10ns，10Hz，φ200μm）倍频激光器参数如下，照射在探测器上面的光束直径为0.5mm，是否会损坏该探测器？

Nd:YAG 532nm，脉冲宽度：10ns，重复频率：10Hz，平均功率：1mW

根据式（2）（7）易得脉冲能量为0.1mJ，根据式（5）能量密度：

，相同脉宽，相同重频，光束直径接近的情况下，很明显，这个光源对于探测器来说是安全的，不过差一个数量级并不是常有的事情，需要注意的是，我们的激光是@532nm的，而损伤阈值是@515nm的，这里需要引入调整损伤阈值（Adjusted LIDT）的概念，这个经验法则只提供大体的趋势，它不是LIDT和波长的定量分析。在进行波长调整时候，应用于与以下公式：

调整损伤阈值能量密度=损伤阈值能量密度×

...............（8）

根据式（8）可得

由此我们也可以发现，其他情况相同时，一般波长越长可接受的损伤阈值越大。对于脉宽，也有着类似的公式：

调整损伤阈值能量密度=损伤阈值能量密度×

...............（9）

这种按比例缩放不应该应用于较大变化的波长或脉宽范围。例如，对于从 515nm 偏移到 532nm 的波长，等式（8）有参考意义，但是不应该将 515nm 的 LIDT 值缩放到一个相差较大的波长，例如13.5nm。同理，对于从10ns 偏移到 25ns 的脉宽，等式（9）有参考意义，但是不应该将 10ns 的 LIDT 值缩放到一个相差较大的脉宽，例如20fs。此外，此计算仅适用于10^-9 s和10^-7 s之间的脉冲激光。对于10^-7 s和10^-4 s之间的脉冲激光，同时还需要对占空比等参数进行考察，以确定是否满足连续波LIDT（即适用于线功率密度）；对于ps、fs量级的脉冲激光则还没有比较好的缩放公式，需要具体问题具体分析。

综上所述，当我们进行小范围的损伤阈值缩放时，可以直接合并成为以下一个公式：

1. 当损伤阈值为功率/能量密度时：

2. 当损伤阈值为线功率/能量密度时：

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