材料的激光损伤阈值-LIDT

激光损伤阈值-LIDT

一、当激光的辐射水平达到足够高的能量量级的时候，材料将会发生不可逆的改变，通常称之为激光诱导损伤LIDT。

激光诱导损伤包括三类：

1、热过程；材料中能量的吸收，适用于连续波操作，长脉冲长度以及高脉冲重复频率脉冲序列

2、电介质过程；电场强度足够高时候电子从晶格剥离的过程，适用于长脉冲长度足够短时候发生的雪崩离化以及地热吸收的情况

3、多光子离化：电子从晶格倍剥离并且被瞬间提升到高能级，一般是飞秒脉冲长度。

激光诱导损伤要考虑的包括波长，脉冲持续时间，光斑尺寸，光板形状等几个参数。

电介击穿	热吸收
块体效应	块体效应
表面效应	表面效应
由于划痕，空穴，粒子等的增强	局部吸收
拉曼散射	传导以及自由电子吸收
布里渊散射	瞬态吸收
自聚焦	应力

引发激光诱导损失的机制

二、造成损伤的因素与下属原因的有关

（1）激光脉冲中的峰值功率（时间和空间的）；

（2）激光脉冲中的最大能量密度（空间的）；

（3）脉冲尖峰的平均能量密度；

（4）具有尖峰和彗尾的脉冲的平均能量密度；

（5）脉冲链中的总能量密度；

（6）脉冲链中的平均功率密度；

（7）连续波脉冲功率密度（给定时间内的能量）；

（8）长脉冲中的线性功率密度

并且一个激光光脉冲可能由下述任一脉冲组成

（1）具有确定时间形状的单个尖峰；

（2）尖峰链，在某些给定的脉冲重复频率下，每个尖峰具有特定的脉冲宽度；

（3）尖峰加彗尾，可能包含可观数量的能量但功率较低；

（4）具有相当随机的时间分布的短脉冲群；

（5）连续或者断裂束

空间分布可能从一个完美的高斯或者更复杂的模结构变化的半高斯轮廓到随机的强度轮廓分布。

部分激光窗口材料的物理特性及LIDT如下：

部分激光窗口材料的光学及物理参数值，以及在连续波和脉冲波操作下的临界温度和品质因数（Sparks 1971）

激光诱导损伤阈值最通常的定义是：造成测试元件表面(或块体)某种改变 的辐射水平。在大部分情况下，这导致微观损伤的凹点或区域。当损伤点足够大时会发生透射和散射损耗。

    元件前表面的热损伤可能是以一个熔化 的坑、线破裂或者灾难性粉碎的形式，如果材料在破裂之前熔化（短脉冲对吸收 材料的损伤），于是由于等离子体的形成有可能保护元件主要的块体部分。在一 个元件内的热损伤通常是灾难性的，除非损伤开始于小的吸收包含物（如激光 玻璃中的Pt微粒，KDP中定向错位的微晶等）。热损伤很少开始于吸收材料的 后表面。然而，当损伤开始于元件的后表面时，通常在很大程度上比前表面发 生的损伤要明显。这是由于损伤开始于样品内离后表面λ/2处，通常会从材料爆 炸出一个洞。

由于任何被喷射出的材料以等离子体的形式蒸发并吸收入射辐射，前表面电 介损伤的形貌通常极小。块体中的损伤通常是灾难性的并常常以自聚焦尾迹的形 式。无涂层的材料以及元件后表面的损伤比前表面要低，是因为入射与反射束之间 的相长干涉。峰值功率增强（LIDT降低）的因子为，

  F=出瞳面电场/入瞳面电场=4n^2/(n+1)^2

由于电场增强最大值是在后表面末端向前λ / 2 处，当材料被烧蚀时会在 材料内形成等离子体。正是这个缘故，后表面损伤通常比前表面损伤更具灾 难性。

D(a) GEC Hirst研究中心所做的红外窗口基底和涂层在1.06um波长下的LIDT测量值总结(脉冲宽度了= 100 ns )，如下：

具有涂层的基底的LIDTs，如下：

紫外透射材料的LIDTs值总结，如下：

10.6 um波长下连续波激光损伤

数据仅供参考，也是留着自己学习用途。