激光损伤阈值测试

发布网友 发布时间：2024-09-17 03:56

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激光损伤测试在评估光学仪器对激光能量的承受能力方面至关重要。该测试具有内在破坏性，测试过程包括将光学仪器暴露于一定激光能量密度下，并使用诺玛斯基型微分干涉差(DIC) 显微镜检查其变化。随着能量密度增加，重复暴露和检查步骤直至观察到损伤。然而，测试过程包含多个层次的复杂性，例如ISO定义的“损伤”可能因检测方式和操作人员选择的信噪比阈值不同而产生不同的激光损伤阈值（LIDT）值。

根据ISO 21254标准，任何可检测到的光学元件变化都被视为“损伤”。损伤评估方法可能会导致不同LIDT值，因为测试不一定使用相同的损伤检测方案，且不同操作员可能选择不同的信噪比阈值。值得注意的是，“损伤”不意味着性能下降，其取决于应用。

测试包括单一样本或多样本测试。单一样本测试通过在至少10个不同采样点上收集激光辐射样本，并确定能量密度下损伤点数量来计算损伤概率。该概率绘制与能量密度相关，数据线性外推以找到损伤概率为0%的位置，即LIDT值。而多样本测试在每个测试点使用一连串激光样本或脉冲，可更准确预测光学元件性能，避免早夭区域现象。通常情况下，每个测试点使用大约100个样本，可以收集足够的信息来预测光学元件的长期性能，但使用更多样本会增加测试时间和成本。

损伤检测方法多种多样，包括显微镜检查、散射光诊断、等离子体闪光监测和形态学分析。显微镜检查是识别损伤最常用的方法，而散射光诊断利用目标点散射的光确定激光诱导损伤的存在和特征。等离子体闪光监测检测激光诱导损伤产生的等离子体，形态学分析生成激光诱导损伤的高度图，提供有关损伤大小和深度的详细信息。

激光损伤形态学分析包括生成激光诱导损伤点的高度图，用于描述损伤的尺寸和深度。这种方法可以采用光学显微镜、原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、台阶仪和白光干涉法（WLI）等多种技术。不同的技术适用于检测不同类型的激光诱导损伤，而台阶仪和AFM最适合测量浅损伤点，而SEM更擅长测量宽高比接近1的深层损伤点。

解释LIDT测试结果时，通过线性外推确定损伤概率为零的激光能量密度，以确定光学元件的指定LIDT值。然而，此值仅为线性拟合数据，实际应用中损伤可能发生在LIDT或以下。威布尔和伯尔分布为LIDT数据提供了更精确的拟合。在5 J/cm²的能量密度下，即使低于指定的LIDT值，损伤概率也不为零，需要考虑到测试点数量和测试激光器样本差异所引起的垂直和水平误差条。