一、什么是连续波(CW)损伤阈值?
连续波(CW)光学元件的损伤阈值是指在连续波光源照射下,光学元件能够承受的最大功率密度而不受损伤的阈值。较高的阈值意味着光学元件可以与更高功率的光源一起使用。连续波(CW)光源的操作意味着能量持续泵浦且设备不间断地发射光。主要适用于激光器,也可以适用于气体放电灯等其他光源。
连续波激光器的输出功率在较长时间尺度上更或多或少是恒定的,但它可能会出现较大的功率变化(由于模拟振荡和其他种类的激光噪声)。可以采用各种稳定技术来稳定激光器的输出功率或光学频率,通常涉及激光谐振腔内或周围的附加光学元件。
连续波光源引起的激光损伤通常是由热效应(涂层或基底的吸收)引起的,并且在很大程度上取决于所使用的激光器的类型。在连续波操作下,光学元件的损伤功率级别通常比脉冲系统中的性能和阈值值预期的要低。注意这一规格非常重要,因为透镜和光学元件的损坏故障是昂贵的,因为它们无法修复,需要被新的元件替换。
二、怎么测量连续波(CW)光学元件的损伤阈值?
连续波(CW)激光器会发射具有恒定功率P的稳定光束。对于CW激光器,损伤阈值可以表达如下:
其中,功率P以瓦(W)为单位测量,A是激光斑点的面积,以平方厘米(cm²)为单位。
在CW操作中,激光的损伤阈值给出了光学损伤不会发生的功率密度限制。为了确定这个限制,光学元件制造商会将光学元件暴露在越来越高的功率光束下,直到损伤发生。因此,该测量方法具有破坏性。
在使用CW损伤阈值时,重要的是要考虑将与光学元件一起使用的光束横截面。例如,具有高斯强度分布的激光束与具有平顶形状光束相比,具有两倍的峰值强度,但光学功率相同。在这种情况下,在与损伤阈值进行比较之前,高斯光束的平均功率密度应乘以2,以适应光束中心的峰值功率密度。
或者,根据ISO 21254标准的做法,可以使用有效光束面积来计算功率密度,即光学功率P除以有效光束面积得到光束横截面内的最大强度。对于高斯光束来说,轴上的强度为:
其中,w是高斯光束的半径。因此,有效光束面积为:
或者用光束直径d表示:
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