走進光束測量-損傷閾值（一）

性能足夠強的激光照射光學元件會導致不可逆的變化，其造成的影響從薄膜上的斑痕到基底的燒蝕擊穿以及固有屬性變化都有可能存在。下圖展現出光功率計有源面經過小直徑高功率激光器照射后產生的損傷情況，雖然表面看起來只是很小一塊黑斑，但經過對應廠家的檢測，其整體測量都已經不準確。

激光誘導損傷會泳*久性的破壞光電元件，使得設備產生必須返廠才能進行維修的故障，這些售后維修的成本不比買個新的設備便宜多少，同時維修周期往往以月計。因此為了安全、經濟、高效的進行試驗，激光誘導損傷閾值（Laser-Induced Damage Threshold，LIDT）成為了在光束測量實驗中不可少的選型指標之一。

|什么是激光誘導損傷閾值

激光誘導損傷閾值在 ISO 21254 中定義為：光學器件推測的損傷概率為零的最高激光輻射量，這反應出了被測設備損傷發(fā)生前能夠承受的最大激光能量密度（Max Average Power Density，脈沖激光器，通常以 J/平方厘米為單位）或最大激光強度（Max Pulse Energy，連續(xù)波激光器，通常以 W/平方厘米 為單位）。實際測量的LIDT數據只能作為同批次產品的參考，不能認為低于此值絕對不會發(fā)生光學器件損傷

|光束分布對應損傷閾值的影響

高功率應用領域常見的強度分布主要包括高斯和平頂光強度分布。平頂光在光束橫截面上的光強分布是相對均勻的（因此也會被稱為均勻光束），而高斯光是橫向電場以及輻照度分布近似滿足高斯函數的光束，其強度分布類似高斯函數。高斯光束（TEM00模、）的最大能量密度約為具有相同光功率的平頂光束的兩倍，如圖2所示。

圖2：在相同的光功率下，高斯光束的峰值強度是平頂光束的兩倍（圖源：網絡）

因此當激光光束為高斯光束或者接近高斯光束時，建議將計算所得的功率/能量密度乘以二，作為選型時損傷閾值的參考值。

|脈沖寬度對于損傷閾值的影響

與光束分布的不同帶來損傷閾值的不同一樣，不同的脈寬所造成的損傷效應會改變損傷閾值的參考值。連續(xù)激光（CW）的損傷原理主要是對于照射表面的熱效應所造成的融化或者鍍膜的損壞，或者由于膠合劑的吸收或散射，膠結光學元件（如消色差）的連續(xù)波損傷閾值往往較低。脈寬大于百µs的脈沖光可以當做連續(xù)激光看待，脈寬大于百ns的脈沖光具有與CW類似效應。同時高脈沖重復頻率（PRF）的脈沖激光考慮到可能由于元件熱吸收量與擴散速度等因素，應當將平均功率與峰值功率與同等的連續(xù)激光功率進行比較，以防止由于熱效應損傷器件。

脈寬在百ns到百µs之間時，可能由于吸收與介電擊穿的共同影響，因此需要對其進行綜合考慮。小于ns級別的脈寬通常具有比較復雜的混合機制造成損傷，例如多光子吸收、多光子電離、雪崩電離以及載子-聲子散射等。在這一范圍內的激光不建議進行損傷閾值的脈寬縮放（在下一章節(jié)中會提到），因為我們不知道占據主導的損傷機制是哪一種。