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連續(xù)波激光器和納秒激光器的損傷主要源至于熱效應(yīng), 如激增的吸收率，可能是由于涂層材料本身的吸收作用，也可能是由于缺陷的吸收作用，或者是膜層的弱熱導(dǎo)性和低熔點(diǎn)的性質(zhì)。高功率涂層要求控制涂層材料的內(nèi)在性能和減少層中的缺陷。皮秒和飛秒激光光學(xué)中的激光損傷主要是由場(chǎng)強(qiáng)效應(yīng)引起的。因此，這些激光器的高功率涂層需要具有承載寬波帶應(yīng)用性能的材料和非常特殊的膜層設(shè)計(jì)。

激光損傷閾值(Laser-Induced Damage Threshold，LIDT)，是要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO11254-1（cw-LIDT和1 on 1-LIDT，即單脈沖LIDT)、ISO11254-2 (S on 1,即多個(gè)脈沖LIDT)和ISO11254-3(一定數(shù)量的脈沖LIDT)的標(biāo)準(zhǔn)且需要非常穩(wěn)定的激光系統(tǒng)條件下來確定的，且還需要精確的光束診斷以及在線和離線損傷檢測(cè)系統(tǒng)。這就是為什么有限的測(cè)量系統(tǒng)只有幾種類型的激光器可用(例如波長(zhǎng)在1064nm的漢諾威激光（Laser Zentrum Hannover))。對(duì)于一些顯著的激光波長(zhǎng)，例如氬離子激光器(488nm或514nm)，沒有可用的測(cè)量系統(tǒng)，也無法提供有認(rèn)證的損傷閾值數(shù)據(jù)。

對(duì)于1-on-1 LIDT（即對(duì)樣品的一個(gè)部位發(fā)射一次脈沖），不能代表正常運(yùn)行情況。然而這些值可以用于比較不同的涂層和優(yōu)化程序。1-on-1的值與更實(shí)際的S-on-1飛秒鏡片損傷閾值直接相關(guān)(激光損傷閾值對(duì)于樣品的同一位置上給定的脈沖數(shù)S)，它們可以解釋為損傷閾值的上限。高頻率（kHz）的激光系統(tǒng)需要用飛秒激光損傷閾值來表示高脈沖數(shù)的壽命測(cè)試。

Layertec測(cè)量鏡片損傷閾值的裝置：

Layertec已經(jīng)開發(fā)了自己的用于內(nèi)部測(cè)量的損傷閾值測(cè)量裝置，目的是優(yōu)化膜層對(duì)激光損傷的穩(wěn)定性，它的光源為可發(fā)射波長(zhǎng)分別為1064、532、355和266nm的調(diào)q型Nd:YAG激光器，脈沖持續(xù)時(shí)間約為4-10ns，在所有四種可能波長(zhǎng)下的重復(fù)頻率為10Hz。用透鏡對(duì)激光束進(jìn)行聚焦，產(chǎn)生近似高斯的光束輪廓，光斑的大小200μm到1000μm(1/e²半徑)，但是實(shí)際的值要取決于波長(zhǎng)和透鏡的焦距，而這個(gè)設(shè)置是滿足ISO11254要求的。它有一個(gè)基于數(shù)碼相機(jī)的在線檢測(cè)系統(tǒng)，具有快速的圖像處理的能力，能檢測(cè)每一個(gè)激光脈沖后的樣品損傷。在線光束輪廓測(cè)量和能量密度測(cè)量方面，是通過CCD相機(jī)光束輪廓儀和單脈沖分辨率的校準(zhǔn)能量測(cè)量頭進(jìn)行的。該系統(tǒng)還有一個(gè)電動(dòng)三軸級(jí)和一個(gè)多件樣品夾，用于自動(dòng)測(cè)量入射角度在0°-60°范圍內(nèi)的反射或傳輸樣品。在波片和寬帶偏振器的幫助下，激光器的線偏振可以定向?yàn)閜偏振或s偏振。測(cè)量裝置如下圖所示。

如果沒有明確要求的情況下，由于ISO標(biāo)準(zhǔn)提供的損害閾值在30J/cm²以上不可靠，Layertec會(huì)使用自己的程序測(cè)試樣本。如果使用ISO11254-2進(jìn)行測(cè)量，將在每個(gè)測(cè)量位置使用100或1000個(gè)脈沖，以減少測(cè)量時(shí)間。雖然這不是穩(wěn)定可靠的檢測(cè)，但是與1-on-1 LIDT結(jié)果相比，100或1000脈沖的損傷閾值結(jié)果更真實(shí)。

內(nèi)部鏡片損傷閾值測(cè)量主要是為了比較涂層和技術(shù)的發(fā)展，Layertec可根據(jù)要求提供損傷閾值結(jié)果，但請(qǐng)注意這些結(jié)果僅適用于特定的測(cè)量條件(脈沖持續(xù)時(shí)間、波長(zhǎng)、脈沖數(shù)、光束形狀、頻率)。   

激光脈沖源的Layertec損傷閾值測(cè)試程序：

Layertec在使用根據(jù) ISO 11254激光損傷測(cè)試程序方面已有豐富經(jīng)驗(yàn)。然而這些測(cè)試既耗費(fèi)成本又耗費(fèi)時(shí)間，而且通常只得到了有問題的結(jié)果。在許多情況下，可以觀察到明顯較低的損傷閾值和強(qiáng)扭曲的損傷概率分布。測(cè)量設(shè)置沒有顯示任何問題，只留下其他原因來解釋測(cè)量錯(cuò)誤。

為了解決上述問題，Layertec使用相對(duì)較大的高斯型激光光斑來測(cè)量損傷閾值。典型的光斑大小約為1mm(1/e²直徑)。大的光斑尺寸需要高的激光能量和峰值功率，以達(dá)到在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)造成破壞所需的效果。損傷閾值高于50J/cm²的涂層需要幾百毫焦耳的激光脈沖能量來顯示損傷。在這種情況下，會(huì)產(chǎn)生大量的碎片，并在受損位置周圍直徑幾毫米的圓圈內(nèi)沉積下來。如果鄰近的試驗(yàn)點(diǎn)位于該區(qū)域內(nèi)，則其損傷閾值會(huì)由于碎片而顯著降低。這種系統(tǒng)誤差可以通過在提供足夠的測(cè)試點(diǎn)和選擇更大的測(cè)量位置間隔來避免。當(dāng)損傷閾值超過100J/cm²時(shí)，相鄰位置之間的間隔需要超過10mm。

ISO標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)損傷概率是對(duì)稱分布的。Layertec只在平均損傷閾值低于30J/cm²時(shí)假設(shè)損傷概率是對(duì)稱分布的。當(dāng)平均損傷值大于30J/cm²時(shí)，閾值概率分布明顯向較低的值偏移。假設(shè)可以忽略碎片的影響，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是涂層本身的缺陷，也有可能是本身的表面質(zhì)量。與ISO標(biāo)準(zhǔn)相反，明顯較低的閾值不應(yīng)被視為統(tǒng)計(jì)異常值，嚴(yán)格地說，它們必須被考慮進(jìn)去，否則損傷閾值測(cè)量將提供錯(cuò)誤的值。

如上所述，基于ISO標(biāo)準(zhǔn)的損傷閾值測(cè)試不適用于高損傷閾值的涂層。Layertec開發(fā)了一種損傷閾值測(cè)量方法，非常適合測(cè)量高功率或高能激光應(yīng)用中光學(xué)涂層的極小損傷閾值。這個(gè)程序需要4-7個(gè)測(cè)試位置點(diǎn)，每個(gè)測(cè)試位置點(diǎn)之間的距離約為10mm。在符合條件的情況下，四個(gè)相同的直徑為25mm的樣品在每個(gè)測(cè)試過程中得到16-28個(gè)測(cè)量位置。測(cè)試激光的能量范圍被細(xì)分為50個(gè)能級(jí)，每個(gè)位置都以逐步增加的能量密度輻照。在大多數(shù)情況下，每個(gè)能級(jí)應(yīng)用100個(gè)激光脈沖，以觀察膜層的累積效應(yīng)。啟動(dòng)能量必須足夠低，以防止激光引起的損傷，隨后能量增加，直到激光在測(cè)試位置發(fā)生誘導(dǎo)損傷。

樣品上的所有位置都以這種方式照射，直到每個(gè)位置顯示損壞。為了測(cè)量分析的目的，得到了*、平均和極低的測(cè)量損傷閾值。損傷閾值測(cè)量過程示例如下圖所示。

綜上所述，Layertec公司所自主研發(fā)的飛秒激光鏡片損傷閾值測(cè)量程序比ISO標(biāo)準(zhǔn)所提供的測(cè)量方法有如下的優(yōu)勢(shì)：

1. Layertec公司自主研發(fā)的飛秒激光鏡片損傷閾值測(cè)量程序比ISO標(biāo)準(zhǔn)所提供的測(cè)量方法有更多適用的波長(zhǎng)，且激光要求不會(huì)過于嚴(yán)格。
2. Layertec公司自主研發(fā)的飛秒激光鏡片損傷閾值測(cè)量程序比ISO標(biāo)準(zhǔn)所提供的測(cè)量方法更加接近實(shí)際情況，更加準(zhǔn)確。
3. Layertec公司自主研發(fā)的飛秒激光鏡片損傷閾值測(cè)量程序從多脈沖多點(diǎn)測(cè)量的特點(diǎn)，相比之下更加穩(wěn)定，可靠性比ISO 1-on-1 LIDT方法更好。

有時(shí)客戶也會(huì)需要其他的激光測(cè)量系統(tǒng)，但是為了避免鏡片使用壽命果斷和測(cè)試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，我們還是會(huì)推薦客戶使用Layertec光學(xué)。Layertec支持在客戶的工廠進(jìn)行這樣的測(cè)試，并對(duì)測(cè)試樣品給予相當(dāng)大的折扣。