高功率应用领域常见的强度分布主要包括Gaussian和Top-hat光强度分布,激光光束强度指的是单位面积的光功率。Top-hat光在光束横截面上的光强分布是相对均匀的,而Gaussian光是横向电场以及辐照度分布近似满足高斯函数的光束,其强度分布类似高斯函数。Gaussian光束的最大能量密度约为具有相同光功率的Top-hat光束的两倍,如图1所示。
图1.相同功率Gaussian与Top-hat光的比较。
关于CW LIDT需要了解激光器的波长、光束直径和强度分布(Gaussian或Top-hat)。关于CW LIDT的计算主要有两种:一种为单位面积的光功率(W/cm2),另一种为平均线功率密度(W/cm)。
假设使用一台60 mW, 532 nm 的Nd:YAG激光器,光斑直径为2 mm,则其平均功率密度为:
由图1可知,Gaussian光束最大功率密度约为均匀光束平均功率密度的两倍,所以其最大平均功率密度约为:3.82 W/cm2。
同样条件下其平均线功率密度为:
由图1可知,Gaussian光束最大功率密度约为均匀光束平均功率密度的两倍,所以其最大线功率密度约为:0.6 W/cm。
关于脉冲激光光源LIDT需要了解激光器的波长、光束直径、重复频率、脉冲宽度和强度分布(Gaussian或Top-hat)。脉冲激光光源的LIDT一般以J/cm2为单位。
假设使用一台高功率固体脉冲激光器,其波长1064 nm,单脉冲能量为1 J,重复频率50 Hz,光斑直径为2 cm,则其单脉冲平均能量密度为:
由图1可知,Gaussian光束最大功率密度约为均匀光束平均功率密度的两倍,所以其最大单脉冲能量密度为:0.64J/cm2。
光学元件类产品种类庞大复杂,对于LIDT的分析可以把光学元件大致分为如下三类:镀膜类;基片类;胶合类。激光器对光学元件的损伤一般是对镀膜、光学元件基底和胶合光学元件的胶合剂的损伤。
高功率应用场景中,光学元件损伤的原因往往是具有多样性的。典型的激光损伤光学元件的类型包括:热损伤;介质击穿;光学元件表面缺陷局域光场增强损伤等。在一般的实验过程中,除了光学元件本身LIDT不能承受入射光能量外,光学元件表面洁净度不够(灰尘或其他物质附着)也是导致光学元件损伤的重要原因。