透红外含碲氟铝基玻璃的激光损伤阈值
ktp损伤阈值
KTP晶体损伤阈值及其影响因素
KTP（Potassium Titanyl Phosphate）是一种常用的非线性光学晶体，用于激光器中的频率倍增和调制等应用。
KTP晶体的损伤阈值是指它所能承受的最大光功率密度，超过该阈值时，晶体可能会发生损伤或破裂。
KTP晶体的损伤阈值受多种因素影响，包括以下几个主要因素：
1.波长：KTP晶体对于不同波长的激光具有不同的损伤阈值。
一般来说，较短波长的激光（如紫外光）对晶体的损伤阈值较低，而较长波长的激光（如红外光）对晶体的损伤阈值较高。
2.脉冲宽度：KTP晶体对于不同脉冲宽度的激光也有不同的损伤阈值。
较短脉冲宽度的激光（如飞秒激光）对晶体的损伤阈值较低，而较长脉冲宽度的激光对晶体的损伤阈值较高。
3.光束直径：光束直径越小，激光功率密度就越高，对晶体的损伤阈值也会相应提高。
需要注意的是，KTP晶体的损伤阈值不仅受到上述因素的影响，还可能受到晶体质量、表面质量、温度等其他因素的影响。
因此，准确确定KTP晶体的损伤阈值需要进行实验测试，并考虑所有相关因素。
总体而言，了解KTP晶体的损伤阈值对于激光器的设计和操作具有重要意义，可以帮助避免对晶体的过度损伤，确保激光系统的稳定性和性能。
如需具体数值，请参考相关文献或咨询厂商或专业机构进行更准确的了解。
激光损伤阈值
激光损伤阈值Newport理波原创在光学实验和应用中，当选择光学元件时，一个很重要的因素是光学元件是否可以承受光辐射带来的影响，这一点在高功率激光应用中尤为重要。
光辐射对光学元件的损伤主要有三种形式：一是因光吸收导致的热效应；二是短脉冲激光辐射下造成的介质击穿；三是超短脉冲激光下，因极高的峰值功率而直接导致的物质化学键破坏。
衡量一个光学元件承受光辐射能力的参数是激光损伤阈值，代表元件可以承受的最大光功率密度（连续光源）或最大能量密度（脉冲光源），常见单位分别是W/cm2和J/cm2。
本篇我们将对不同形式的激光光源对应的激光损伤阈值进行讨论。
连续激光对光学元件的损伤，主要是由光吸收形成的热效应造成的，损伤阈值由最高可承受的激光功率密度表示。
例如，计算一个功率为50mW的Nd:YAG激光器的功率密度，波长1064nm，光束直径0.8 mm。
首先，计算激光的光斑面积大小：光斑面积= πr2= 3.14 x (0.4 mm)2= 5.024 x 10-3 cm2然后计算功率密度，即每单位面积上的激光功率：功率密度= 激光功率/ 光斑面积=9.95 W/cm2把它与光学元件的损伤阈值比较，来判断该光学元件是否适用。
对于一束高斯激光光束，为了保险起见，通常需要在计算得到的激光功率密度上乘以2，代表高斯光束中心区域的较高功率密度。
请注意，光学元件的激光损伤阈值随波长成比例关系。
例如，在532nm处的损伤阈值大约是1064nm处阈值的一半。
光学元件在脉冲激光下的损伤阈值，通常由最大可承受的脉冲能量密度来表示。
对于脉冲宽度在微秒和纳秒之间的脉冲激光，损伤阈值和脉冲的时域宽度的平方根成比例关系。
例如，一个光学元件在1µs脉冲下的损伤阈值，是其在10ns脉冲下损伤阈值的10倍。
Newport提供的光学元件，一般都会给出两种激光损伤阈值，一种对应连续激光，一种对应10ns脉宽的脉冲激光。
假如有一光学元件在10ns脉冲下的损坏阈值是2J/cm2，那么它在同样波长的1µs的激光脉冲下的损伤阈值则是2J/cm2 * (10-6 sec/ 10 x 10-9 sec)1/2 =20 J/cm2。
10.6μmCO2激光对HgCdTe探测器破坏阈值的实验研究
第 ３ 卷第 ５ ３ 期
２ ０ 年 ５月 ０６
光 电工 程
Ｏｐ ｏ Ｅ ｅ ｔ ｎ ｃＥ ｇ ｎ ｅ ｉｇ ｔ ｌｃ ｒ ｉ ｎ ｉ ｅ ｒ ｏ ｎ
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文章编号 ： １０—０ ２ ０）５ ０４ ３ ３５ ０ ６０— ０ 卜Ｏ ０ １ ｘ（
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言
口
ＨＣＴ ｇ ｄｅ光电探测器因具有高吸收系数、高量子效率、高探测率和宽响应波段等许多优点被广泛应用 于军事、工业和气象等领域 ，但是光电探测器容易受到强激光的干扰和损伤 ，使其失去探测能力，因而研 究各种强度的激光辐照对 Ｈ Ｃ Ｔ 探测器・ ￣造成的影响是十分重要的【。 ｇ ｄｅ ｌ匕 Ｉ日 ａ 土ｂ １ ． Ｊ Ｊ 光电探测器受激光破坏的研究方法一般是在各种工作条件下（ 如改变激光作用距离、 激光作用时间、 改 变激光脉冲频率 、改变激光波长或脉宽 、改变激光束形状等） 测量其相应的激光破坏阈值，进而分析其破 坏机理 ，并建立其模型 。对于光伏（Ｖ 型器件 ，直接测量其开路电压，而对于光导（ｃ 型器件 ，通过一 Ｊ Ｐ） Ｐ）
２ Ｔ ｅＣ ｉｅｅ ｅｐ ｅ ｉｅａｉｎ ｒ ｙＮ ． ８ １Ｌ ｏ ａ ｇ４ １０ ， ｈｎ ． ｈ ｈｎｓ ｏ ｌ Ｐ Ｌｂ ｒｔ Ａ ｍ ｏ６ ９ ， ｕ ｙ ｎ ７ ０ ３ Ｃ ｉａ） ｏ ３
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｕｎ ｅ ｅ ｉ ａ ｉｔ ｎ ｏ ｅ １ ．ｕ ＣＯ２ｌｓ ｒ ｔ ａ ｉ ｕ ｎ ｒ ｙ ｄ ｎ ｉ ， ｈ ｕ ｐ ｔ ｉ ｎ ｌ ｆ ｓｒ ｃ ： ｄ ｒ ｈ ｒ ｄ ａｉ ｆ ｈ ６ ｍ ｔ ｒ ｏ ｔ ０ ｅ ｒｏ ｓｅ ｅ ｇ ｅ ｓｔ ｔ ｅ ｏ ｔ ｕ ｇ ａ ａ ａｖ ｙ ｓ ｏ
光学元件的损伤阈值
光学元件的损伤阈值光学元件激光损伤阈值是衡量光学元件抗激光破坏能力的重要指标，但从高功率激光装置的应用角度上讲，损伤阈值并不是一个全面充分的指标。
公认的标准对损伤的定义是能被规定的损伤诊断装置所观察到，由激光引起的光学元件表面或内部特征永久性变化。
一般采用微分相称显微镜观察，十微米左右的损伤，而损伤阈值的界定是和测量方法和判断标准有关，所谓测量方法主要是激光参数和测试数据量的设定，判断标准就是什么样的情况算损伤，一般将损伤阈值定义为发生零损伤概率的最高激光能量密度。
光学元件损伤阈值的测试方法包括1-on-1，R-on-1，N-on-1和S-on-1，如图2所示。
a）1-on-1，即元件的每一个测试点上只辐照一个单脉冲；b）S-on-1，即用相同的激光能量脉冲以相同的时间间隔（激光脉冲重复频率）在元件上的同一点上辐照多次；c）N-on-1，即激光能量脉冲由小到大地增加，辐照在元件的同一点上。
在相邻的每个激光脉冲之间，可以没有一个固定的时间间隔；d）R-on-1，即用很小的等幅线性增加的激光能量以相同短时间间隔在元件的同一点上辐照多次。
其中，1-on-1和S-on-1测试方式通常被作为测试熔石英损伤阈值的测试方法，在国际标准11254中有明确的阐述。
N-on-1和R-on-1方式常被用作对熔石英进行激光预处理的激光辐照方式。
图2 四种损伤测试方法示意图1-on-1测试方法是目前最普遍采用的元件损伤阈值测试方法，国际标准11254中定义的测试基本步骤是：a）用相同能量的单脉冲，分别照射测试元件上的m个点（m不小于10），每个点只辐照一次，每个辐照点用相衬显微镜观测是否出现损伤，记下m个测试点中发生损伤的点数n，得出这个能量密度下损伤几率为n/m。
b）改变能量，同样测出该能量密度下的损伤频率。
要求测出多个能量点的损伤频率，其中包含损伤频率为零和损伤频率为100%的能量点。
c）以激光能量密度为横轴，以损伤频率为纵轴，得出损伤频率与激光能量点的分布散点图。
一种光学元件激光损伤阈值测试中损伤点识别方法[发明专利]
![一种光学元件激光损伤阈值测试中损伤点识别方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/c78886f64128915f804d2b160b4e767f5acf80b7.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010704910.3(22)申请日 2020.07.21(71)申请人 中国科学院西安光学精密机械研究所地址 710119 陕西省西安市高新区新型工业园信息大道17号(72)发明人 李刚 王伟 弋东驰 魏际同 (74)专利代理机构 西安智邦专利商标代理有限公司 61211代理人 董娜(51)Int.Cl.G06T 7/00(2017.01)G06T 7/11(2017.01)G06T 7/136(2017.01)G06T 7/155(2017.01)G06T 5/50(2006.01)(54)发明名称一种光学元件激光损伤阈值测试中损伤点识别方法(57)摘要本发明提供一种光学元件激光损伤阈值测试中损伤点识别方法，解决现有图像处理方法无法解决由光照不均匀、对比度低、损伤点粘连、像素偏移对损伤点识别准确性影响的问题。
该方法包括步骤：1)将损伤前、损伤后图像转换为损伤前、损伤后灰度图像；2)对损伤前、损伤后灰度图像均采用两种局部二值化算法处理并融合，得到二值化后的损伤前融合图像和损伤后融合图像；3)根据相位相关计算出的像素偏移量对损伤前融合图像进行仿射变换，再背景差分运算得到仅存在损伤点的二值化图像；4)对仅存在损伤点的二值化图像进行闭运算再迭代腐蚀，得到核信息；5)生成分水岭分割的种子区域；6)使用分水岭分割算法对损伤后图像进行分割，获取损伤点信息。
权利要求书2页 说明书6页 附图9页CN 112017157 A 2020.12.01C N 112017157A1.一种光学元件激光损伤阈值测试中损伤点识别方法，其特征在于，包括以下步骤：1)图像转换加载损伤前图像和损伤后图像，并将其转换为损伤前灰度图像和损伤后灰度图像；2)图像二值化对损伤前灰度图像分别采用两种局部二值化算法进行处理，并将两种二值化的处理结果进行融合，得到二值化后的损伤前融合图像；对损伤后灰度图像分别采用两种局部二值化算法进行处理，并将两种二值化的处理结果进行融合，得到二值化后的损伤后融合图像；3)偏移量消除对损伤前融合图像和损伤后融合图像进行相位相关计算，计算出像素偏移量，使用该像素偏移量对损伤前融合图像进行仿射变换，再将仿射变换后的图像作为背景，使用损伤后融合图像进行背景差分运算，得到仅存在损伤点的二值化图像；4)对仅存在损伤点的二值化图像进行闭运算，再进行迭代腐蚀，直至连通域数量连续3次不发生变化，得到最小的连通域核信息；5)将连通域核信息作为输入，生成分水岭分割的种子区域；6)根据种子区域数据，使用分水岭分割算法对损伤后图像进行分割，根据分割结果识别出损伤点，并获取损伤点信息。
激光辐照TiO2／SiO2薄膜损伤时间简捷测量
利用 １ ６ ． ． ｍ连续激光辐照短波通截止膜产生温升规律的综合常数 Ｋ Ｉ ， ０ｇ ＝ ． 计算 了脉宽 １ ， ． 啪 ２ ０ ｓ １６ ｎ ０
单脉 冲激光辐 照 薄膜元 件产 生 的温度 场和 热应 力场 。图 １ 是不 同能量下 脉冲 激光辐 照 薄膜 元件 光斑 中心温
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图 Ｉ 潭膜 中 心温度 场 分布
图 ２ 轴 向热应 力随 薄膜 轴 向距离 的变 化
径向应力的分布与轴 向应力的分布类似：光斑中心点压应力最大，边缘 自由端压应力为零。且轴 向、
度随时间的变化。由图 Ｉ 可见 ，光斑中心温度呈线形上升，激光辐照能量越高，温度效应越 明显。这是由
于脉冲激 光辐 照 时间短 ，热量 相对 集 中，不易 向四周 扩散 所造 成 的 。同时给 出温升 随径 向距 离 的变化 ，薄
膜被激光辐照 中心温度最高，随着径 向距离的增加温度下降很快。图 ２为不同能量下脉冲激光辐照薄膜元 件引起的轴向热应力随轴 向（ 即薄膜厚度方 向） 距离的变化。由图 ２可见，与基体接触的薄膜层所承受的压 应力最大 ，从与基体接触的薄膜层开始到表面薄膜结束 ，压应力逐渐减小，到 自由面压应力为零 。
径向应力分布均为负值，表明脉冲激光辐照薄膜元件产生的应力具有压应力的特征。环 向应力：在脉冲激
光辐照过程中，薄膜在光斑区域 内，环 向应力表现为压应力特征 。光斑中心压应力最大，随着径向距离的 增大，压应力快速下降，在某个位置，如光斑边缘位置 ，压应力为零 ，然后开始 向拉应力过渡 ，当拉应力
激光损伤阈值的计算
激光损伤阈值的计算【原创版】目录1.引言2.激光损伤阈值的定义3.激光损伤阈值的计算方法3.1 基于光强分布的计算方法3.2 基于光学参数的计算方法3.3 基于损伤模型的计算方法4.激光损伤阈值的应用5.结论正文一、引言激光技术在军事、工业和医疗等领域具有广泛的应用，然而激光对物体的损伤作用亦不容忽视。
激光损伤阈值作为评价激光器安全性及激光应用范围的重要参数，计算方法的研究具有重要意义。
本文将探讨激光损伤阈值的计算方法及其应用。
二、激光损伤阈值的定义激光损伤阈值是指在一定条件下，激光对某一物质造成损伤所需的最低能量密度。
通常用单位面积上的能量（焦耳/平方米）表示。
三、激光损伤阈值的计算方法1.基于光强分布的计算方法光强分布计算方法是通过对激光束的横截面进行积分，得到激光束在物体表面的光强分布。
然后根据物体表面的光强分布和激光损伤阈值定义，计算激光对物体的损伤阈值。
2.基于光学参数的计算方法光学参数计算方法主要根据激光束的参数，如激光波长、束腰半径、发散角等，结合物体的光学特性，如吸收系数、散射系数等，计算激光损伤阈值。
3.基于损伤模型的计算方法损伤模型计算方法是建立在激光与物体相互作用的物理机制基础上，根据激光对物体产生的热效应、光化学效应等损伤机制，建立数学模型，计算激光损伤阈值。
四、激光损伤阈值的应用激光损伤阈值的应用主要体现在以下几个方面：1.激光器安全性评估：激光损伤阈值可作为评价激光器安全性的重要依据，对于保证激光器在正常使用条件下不产生损伤具有重要意义。
2.激光应用范围：激光损伤阈值可作为评价激光在不同应用领域的适用性的重要参数，如激光武器、激光通信、激光雷达等。
3.激光防护：激光损伤阈值的研究有助于提高激光防护技术水平，为激光防护材料的研究和设计提供理论依据。
五、结论激光损伤阈值的计算方法研究对激光技术的发展和应用具有重要意义。
激光的阈值条件
激光的阈值条件激光，听起来就很酷炫的东西，你知道它工作起来是有个门槛的吗？这个门槛就是激光的阈值条件。
这就好比你要参加一场很厉害的比赛，得先满足一定的条件才能入场一样。
那这个激光的阈值条件到底是啥呢？咱得先从激光产生的原理说起。
激光可不是随随便便就能产生的，它得有个“激励源”，这就像是给一个懒家伙打一针兴奋剂，让他能振奋起来干活儿一样。
这个激励源就是给激光的产生提供能量的东西。
比如说，在某些激光器里，可能是用电来提供能量，就像你给手机充电，电充满了手机才能正常工作，这个电对于激光器来说就是一种激励源。
但是光有激励源还不行啊，就像你光给一个人打兴奋剂，他要是没有那个能力，还是干不了大事儿。
在激光里，得有能产生激光的物质，这物质里面的原子或者分子得能在激励源的作用下，从一个低能量的状态跃迁到高能量的状态，这就像是你把一个小弹珠从低处推到高处一样。
这个过程可不是那么容易的，得满足一定的能量要求。
如果这个能量不够，那就像你推弹珠的时候力气太小，弹珠根本上不去那个高台。
这个能量要求就是激光阈值条件的一部分。
你想啊，原子或者分子要跃迁到高能态，需要的能量可不是随便给一点就行的。
就好比你要把一个大石头搬到山顶，你得有足够大的力气才行。
如果力气不够，石头就只能在半山腰晃悠，产生不了激光。
而且啊，在这个产生激光的物质里，高能态的粒子数还得比低能态的粒子数多才行，这叫做粒子数反转。
这听起来有点怪，就好像在一个班级里，成绩差的学生突然比成绩好的学生还多了，这是一种很特殊的状态。
为什么要这样呢？这就像是你要把一群人组织起来做一件大事儿，你得有足够多的得力干将才行。
如果得力干将太少，那事儿就办不成。
在激光里，如果高能态的粒子数不够多，就没办法产生足够强的激光。
还有一个重要的方面呢，就是这个激光在产生的过程中，得在一个特殊的环境里，就像一个小宝宝得在一个温暖、舒适又安全的小窝里才能健康成长一样。
这个环境得能让光在里面不断地反射、放大。
激光损伤阈值计算
激光损伤阈值计算
摘自Newport 《光子学资源》
连续激光
对于连续激光，损伤阈值由功率和光斑面积的比值表示。
需要注意两点：1，对于高斯光束，损伤阈值需要是2倍的功率密度以上才是安全的；2，激光损伤阈值同波长成正比，即波长越大，阈值越大，例如532nm 的损伤阈值是1064nm 损伤阈值的一半。
脉冲激光
对于us 和ns 级别的脉冲激光器，损伤阈值用能量和光斑面积的比值表示。
对于脉冲，损伤阈值同脉冲时间有关系，损伤阈值的计算公式如下：
式中，x ，y 为脉冲时间，LDT 为激光损伤阈值。
例如：如果一个光学元件对10ns 的激光脉冲损伤阈值为2J/cm 2，则对于1us 的激光脉冲损伤阈值为2*（1000/10）1/2=20J/cm 2。
在脉冲和连续（ms 级）激光之间，考虑激光的损伤阈值时，既要考虑平均功率的损伤阈值，又要考虑脉冲能量的损伤阈值。
对于连续激光，也要按照ms 脉冲计算器脉冲损伤阈值，使其同时满足两种表达形式的损伤阈值。
此外，需要注意的是，激光是高斯光束时，损伤阈值也要提高一倍才安全。
1/2LDT()LDT()*()y y x x
超快激光
对于ps和fs领域的超快脉冲激光，峰值功率可以很高，对应的损伤阈值也较高（TW/cm2级别）。
透红外含碲氟铝基玻璃的激光损伤阈值
透红外含碲氟铝基玻璃的激光损伤阈值近年来，随着科学技术的飞速发展，人们在不断探索激光与不同材料之间作用及其产生的损伤效应。
在特别关注激光与玻璃材料的相互作用的同时，也对多种玻璃材料的损伤阈值进行了深入的研究。
其中，透红外含碲氟铝基玻璃（TFAL）是激光仪器中广泛使用的大量玻璃材料，其中强度损伤阈值的研究可以帮助我们更好地了解并优化其应用。
TFAL是一种透红外玻璃，主要由碲、氟、铝、硅、镁、钠、锶、锆、氧等多种元素组成，具有良好的热稳定性、紫外吸收能力和抗热膨胀性能，由此能够提供精确的光学像差抗辐射能力。
因此，TFAL 玻璃是很多激光仪器的首选材料，例如：投影机、数据存储器、光学放大器、激光切割机等等。
TFAL玻璃被称为“全波段玻璃”，被广泛应用于许多科学技术领域，例如太阳能、激光技术、医疗仪器等。
由于其全波段的特性，它的损伤和热损伤阈值也成为当前关注的热点之一。
因此，本文旨在探索TFAL玻璃的激光损伤阈值，并分析其影响因素。
研究表明，TFAL玻璃的激光损伤阈值取决于该玻璃的物理特性，如光学参数、热原性和力学性能。
因此，对于损伤阈值的研究，最重要的是测量该玻璃的物理性能，如折射率、热膨胀系数和强度及其质量等。
其次，也要注意研究那些影响损伤阈值的因素，如激光的波长、强度和脉冲宽度以及暴露时间等。
另外，TFAL玻璃的损伤阈值也受到玻璃内部化学成分的影响，对 TFAL玻璃内部各种元素比例的改变也会对其损伤阈值产生一定的影响。
此外，研究还发现，TFAL玻璃的激光损伤阈值受到表面准备工艺的影响。
玻璃表面粗糙度及其表面污染会降低TFAL玻璃的损伤阈值，因此，在损伤阈值的研究过程中，也要注意表面准备工艺的优化。
综上所述，TFAL玻璃的激光损伤阈值的研究可以帮助我们更好地了解它的特性，从而更好地应用于实际工程中。
在研究过程中，除了考虑玻璃内部物理性能和激光的参数外，也要注意表面准备工艺的优化。
因此，为了提高TFAL玻璃的应用性能，我们需要对其进行多方面的研究，以挖掘其隐藏的潜力。
绿光和红外损伤阈值
绿光和红外损伤阈值
绿光和红外损伤阈值是指对人眼和皮肤造成损伤的可接受程度。
绿光和红外波长范围内的光能量较高，如果超过了一定阈值，就可能对人眼和皮肤造成损伤。
对于绿光来说，损伤阈值通常是指视网膜损伤阈值。
绿光的波长范围大约在520-570纳米，如果光能量超过一定强度，就可
能导致视网膜损伤，包括光化学烧伤和机械性激光损伤。
损伤阈值因个体差异和暴露时间而有所不同，一般建议在操作激光设备时避免瞬间暴露光束。
红外损伤阈值指的是红外辐射对皮肤的热效应。
红外波长较短的近红外范围（700-1400纳米），暴露时间和光强度均会对
皮肤产生热损伤。
人们对红外辐射的耐受能力有所差异，但一般认为在短时间内暴露于低功率红外光束不会对皮肤造成显著影响。
然而，如果红外光能量较高且暴露时间较长，就可能导致皮肤灼伤或烫伤。
需要注意的是，损伤阈值的具体数值因不同国家和研究机构而有所差异。
在激光等光束应用中，一般通过限制激光输出功率和时间，或者采取防护措施，来避免绿光和红外损伤的发生。
thorlabs损伤阈值
thorlabs损伤阈值
Thorlabs是一家在光学和光电子领域中极具影响力的公司。
在光学激光系统中，光学组件的损伤阈值是一个非常重要的参数。
而Thorlabs的光学组件在这个方面具有很高的性能和稳定性。
损伤阈值是指材料或器件在受到辐射或强光作用时，能承受的最大光能量密度。
超过该阈值时，材料或器件将发生永久性损坏。
损伤阈值与材料的光学特性、表面状态、材料结构等因素有关。
Thorlabs的光学组件具有优异的损伤阈值。
例如，其镀膜反射镜的损伤阈值可达到2.5 J/cm2，高于同类产品的平均水平。
这得益于Thorlabs在材料选择、制备工艺和表面处理等方面的不断创新和优化。
Thorlabs的光学组件的损伤阈值测试也十分严格和规范化。
Thorlabs的损伤阈值测试设备采用标准的测试方法和参数，确保测试结果的可靠性和可重复性。
同时，Thorlabs的产品质量控制也非常严格，保证每个产品都符合设定的损伤阈值标准。
除了损伤阈值，Thorlabs的光学组件还具有很多优异的性能特点，比如低损耗、高反射率、高透过率等。
这些特点使得Thorlabs 的产品在激光技术、光子学研究、医疗设备、通信等领域中广泛应用。
总之，Thorlabs的光学组件在损伤阈值方面表现出色，这得益于Thorlabs在材料、工艺、表面处理等方面的创新和优化，以及严格的测试和质量控制。
Thorlabs的光学组件在实际应用中具有很高的可靠性和稳定性，是值得信赖的光学元器件供应商。
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和相对强度如图 4所示 ) 。
当光通过透明介质时 ,由于材料的吸收 ,引起
的玻璃温升可以简单表示为
Δθ = αI / (ρcp )
(2)
式中 :Δθ表示温升 ; I为激光的能量密度 (辐照时
Fig. 4 M id2infrared absorp tion spectrum of F2 glass and spectra of DF laser
袁新强 1, 2 , 范有余 1 , 冯际田 1 , 胡和方 1, 2
( 1. 中国科学院 上海光学精密机械研究所 , 上海 201800; 2. 中国科学院 研究生院 , 北京 100039)
摘 要 : 在氟铝酸盐玻璃组分中加入适量声子能量低的重金属氧化物 TeO2 ,得到一种新的氧氟化物玻 璃 。该材料具有良好的成玻璃性能 ,适合制作大尺寸红外窗口镜 。研究了 TeO2 含量对玻璃特征温度 、阿贝数 和红外透过性能的影响 。同时测试了这种玻璃的抗 DF激光能力 ,结果表明 : TeO2 含量为 15%的玻璃 , DF激 光破坏阈值达 14. 95 kW ·cm - 2。分析显示 ,由于玻璃基质的多声子吸收 ,对激光能量的吸收而引起的热冲击 是导致玻璃破坏的主要原因 。进一步降低玻璃中水分 ,可以提高玻璃抗激光破坏性能 。 关键词 : 透红外玻璃 ; 氟化物玻璃 ; 破坏阈值 ; DF激光器 中图分类号 : TQ171 文献标识码 : A
第 17卷 第 10期 2005年 10月
强激光与粒子束
H IGH POW ER LASER AND PARTICLE BEAM S
Vol. 17, No. 10 Oct. , 2005
文章编号 : 100124322 (2005) 1021493204
透红外含碲氟铝基玻璃的激光损伤阈值3
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
1494
强激光与粒子束
第 17卷
引入 TeO2 后的玻璃 ,Δθ增加 26 ℃, H′r从 0. 556增加到 0. 966,成玻璃能力明显提高 。 2. 2 玻璃的折射率 表 2是三种玻璃在标准光源下测得的折射率数据 。表中 ν表示玻璃的阿贝数 , 计算公式为 ν= ( nd - 1) / ( nf - nc ) , nd , nf , nc 分别为波长在 587. 56, 486. 56, 656. 27 nm 处对应的折射率 。随氧化碲含量增加 ,玻璃的 折射率增加 ,阿贝数减小 。
1 实验
按摩尔组成 35A lF3 ·15YF3 ·20CaF2 ·10M gF2 ·10SrF2 ·10B aF2 ·xTeO2 ( x = 0, 15, 30,分别对应于 F1, F2, F3)配制 200 g原料 ,在铂坩埚中 800～1 000 ℃下直接熔化 ,浇注 、退火 、抛光 ,玻璃待测 。 选用工作于 3. 8 μm 附近的 DF激光器对玻璃进行 耐强光破坏实验 。实验中 ,通过凸透镜调节光斑的大小 和能量密度 ,用热像仪监测温度变化 ,用一块表面粗糙的 铁板吸收透射光 ,实验光路如图 1所示 。
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第 10期
袁新强等 : 透红外含碲氟铝基玻璃的激光损伤阈值
1495
能力得到明显改进 ,因为 [A lF6 ]多面体构成的网络结合力较弱的本质决定了氟铝酸盐玻璃具有较弱的抗失透 能力 。当玻璃中同时存在氧阴离子和氟阴离子时 ,系统在析晶过程中由于不同离子之间的竞争 ,即所谓的“混
晶温度 ,θm 为玻璃的熔化温度 ,Δθ=θx
-
θ g
,
H
′r =
(θx
-
θ g
)
/ (θl
-
θ x
)
,θl 可用熔点温度
θ m
代替
。Δθ与
H ′r都
是玻璃形成能力的热力学判据 ,Δθ或 H′r越大 ,成玻璃性能越好 。
表 1 F1, F2与 F3玻璃的特征温度
Table 1 Character istic tem pera tures of the sam ples F1, F2 and F3
合离子 ”效应 ,使玻璃形成能力得到改善 。 TeO2 2TeF4 二元系统在冷却过程中主要形成 Te2 O3 F2 和 TeOF2 两种
晶相 [5 ] ,当前玻璃可能也存在类似的氧氟化物结构 ,由于其相对低的熔点 ,与氟化物形成低共熔的多元体系 ,
使得玻璃中引入氧化碲后 ,θm 下降 。同时 A lF3 和 TeO2 均是玻璃形成体 ,在熔体冷却过程中 ,可能存在铝离子 和碲离子对氧离子的竞争 ,客观上也有利于提高抗析晶性能 。
玻璃的吸收系数 α的近似计算式 [ 9 ]为
α = ( 1 /L ) ln ( T0 / T)
(1)
式中 : L 为样品厚度 ; T0 取图 2中透过率最高处 (2
500 nm )的透过率 ; T 为透过率 。利用 ( 1 )式 ,得
到玻璃在中红外区的吸收曲线图如 4所示 。参考
文献 [ 10 ]报道了 DF激光光谱 (对应的谱线位置
θ g
/
℃
θ x
/
℃
θ m
/℃
Δθ/ ℃
H ′r
F1
430
544
749
114
0. 556
F2
428
555
730
127
0. 726
F3
428
568
713
140
0. 966
3 收稿日期 : 2005203207; 修订日期 : 2005206213 作者简介 :袁新强 (1976—) ,男 ,湖北石首人 ,博士研究生 ,主要从事透红外大尺寸氧氟化玻璃的研究 。
图 4 F2玻璃在中红外波段的吸收曲线和 DF激光光谱
间为 1 s时 ,其值等于对应的功率密度 ) ;ρ为材料密度 ; cp 为材料的质量定压热容 。
样品 F2的密度为 3. 8 g·cm - 3 ; cp 取 0. 6 J / ( g·K) 。对激光能量实行加权平均 ,最强谱线 3 965 nm 处对 应激光强度 I数值上等于功率密度的 1 /7. 5,吸收系数 α取图 4中谱线对应的吸收系数 0. 003 5 cm - 1 。由 ( 2)
玻璃表面暴露在空气中 ,易吸附空气中的杂质 、水蒸气等 ,即使在理想 、无缺陷的光学元件表面上也吸附一
层 5～10 nm 厚的水层 [ 7 ] 。水对激光工作介质为 DF (波长 3. 8μm )的吸收系数达到 129 cm - 1 [ 8 ] 。当 x达到 30
时 ,玻璃基质含较多 [ Te ( F, O ) 3 ]多面体成分 ,使化学稳定性降低 ,材料表面被空气中水蒸气腐蚀 ,表面吸收系 数上升 ,在强激光作用下 ,致使玻璃表面破坏 。
表 2 三块样品的折射率和阿贝数 Table 2 Refractive index and Abbe va lue of three sam ples
nc
nd
nf
ν
F1
1. 424 3
1. 426 1
1. 428 8
93. 76
F2
1. 457 4
1. 459 1
1. 463 1
81. 45
F3
1. 480 3
氟铝酸盐玻璃主要以 [A lFx ]多面体为网络结构 ,由于 A lF3 低的声子能量 ( 680 cm - 1 ) ,使得该材料具有优 良的红外透过性能 ,截止波长大于 8μm。 F2, F3引入声子能量比 A lF3 稍高的 TeO2 (710 cm - 1 ) ,各种基团的相 互作用产生的多声子吸收 ,使截止波长向短波方向移动 。由于玻璃基质中含有少量残留水 ,使得透过曲线在
2 结果
2. 1 玻璃的热稳定性能
在氟铝酸盐玻璃中加入少量的氧化碲可以改善玻璃
形成能力 。利用差热分析 (DTA ) ,得到玻璃的特征温度
如表
1
所示
。表中
θ g
为玻璃转变温度
,θx 为玻璃开始析
Fig. 1 L ight path of damage threshold measurement 图 1 破坏阈值测试光路图
2. 4 破坏阈值 实验 1, 2, 3, 5的辐照激光脉冲时间为 1 s,实验 4为 2 s, 421为截取 1 s末的实验数据 , 422为截取 2 s末的 实验数据 。实验结果见表 3。实验 4中 , F2样品在激光辐照 1 s以后才被破坏 ,可以认为该玻璃的破坏阈值约 等于此时对应的激光功率密度 14. 95 kW / cm2 。文献 [ 4 ]报道了氟铝酸盐玻璃 ( F1)的 DF激光损伤阈值为 10168 kW / cm2 。含碲的氟铝酸盐玻璃改善成玻璃性能 ,在实验室中能获得光学质量更好的玻璃 ,是导致 F2比 F1有更高损伤阈值的主要原因 。图 3为实验 3中激光功率密度为 33. 63 kW ·cm - 2时 ,氧氟化物玻璃被破坏 的形貌 。破坏呈丝状特征 ,破坏点玻璃表面完好 ,中心出现熔融状空心 。
282 0 nm 附近出现一个明显的吸收峰 。引入氧化物后 ,在 4. 6μm 附近出现一个小的羟基吸收峰 [6 ] 。虽然 DF
激光在两个羟基吸收峰区域没有对应强光谱 ,但这两个峰引起 3～5 μm 工作波段范围的透过率降低 ,使玻璃
对 DF激光的吸收系数增加 。也就是说 ,羟基的存在不利于材料的抗激光辐照性能 。
1. 482 4
1. 487 3
68. 9
2. 3 玻璃的红外光谱分析 图 2为 F1和 F2氧氟化物玻璃在 2 500～8 000 nm 波段范围的透过曲线 。图 2表明 ,引入氧化碲后 ,红外 截止蓝移 。受其影响 , F2样品玻璃的透过率从 4 000 nm 开始下降较 F1更显著 。玻璃在 2 800 nm 处存在一个 OH 基吸收峰 。材料的吸收特性对其抗激光能力有决定作用 。