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    損傷閾值定義的發展
    作者:管理員    發布于:2015-11-16 11:35:24    文字:【】【】【
    摘要:數十年來,光學薄膜激光損傷機制的研究取得了長足進步,同時伴隨損傷閾值測試手段以及損傷閾值定義的較大發展。   當輻照激光能量密度較低時,光學薄膜的損傷主要由各類缺陷引起。由于薄膜本身的結構比較復雜,并且制備工藝繁瑣,容易形成各類缺陷;貯存、運輸等各個環節都可能引入各種污染,所以薄膜內部及其表面各類缺陷的分布非常復雜,相互之間的損傷閾值存在較大差異,這樣在一定的能量密度范圍內損傷往往呈現出概率性。因此,在功能性損傷閾值定義出現以前薄膜的損傷閾值都是以幾率方式確定的。80年代之前多數采用的是50%幾率損傷閾值, 定義為被檢測薄膜的最大的不損傷能量和最小損傷能量的平均值。   50%損傷閾值不確定性較大,并且存在所謂的“光斑效應”,即測試得到的損傷閾值對光斑尺寸的依賴性,這樣導致同一樣品在各實驗室測得的損傷閾值有較大差異,體現了薄膜缺陷損傷的特點以及該定義的缺點。   50%幾率損傷閾值定義的缺點推動了損傷閾值檢測技術的研究與發展。80年代后期,薄膜的損傷閾值開始用零幾率損傷閾值定義,它表示的是損傷幾率恰好為零時對應激光的能量密度。其獲取方法如下:用不同的能量等級對待測樣品進行檢測,得到對應的損傷幾率,在激光能量和損傷幾率的坐標系中記下相應的位置,然后對這些幾率做線性擬合,該直線與能量軸的交點便是零幾率損傷閾值。相比于50%閾值,零幾率損傷閾值的不確定性要小很多;從應用角度來看,數值的可參考性也更大,更為重要的是,零幾率損傷閾值定義從理論上消除了測試中的光斑效應。為了減小零幾率損傷閾值的不確定性,在檢測過程中能量等級應多一些,每一等級的測試點也應多一些,特別是20%-60%(或80%)的中間區域,此外要準確找到零幾率的能量值,一般測試中選10 個能量等級,每個等級不小于10 個作用點。   無論是50%幾率損傷閾值定義還是0%幾率損傷閾值定義都是以器質性變化作為損傷產生的判斷依據,也就是說只要激光輻照后樣品表面或內部出現可見的不可逆變化即認為產生了損傷,無論該變化是否影響其所在光學系統的整體性能。實際上光學薄膜的損傷有相當一部分由各類缺陷引起,其激光損傷特點是概率性強、面積小且在一定條件下能夠保持穩定;而以目前的制備技術,完全消除缺陷是不可能的,顯然這非常不利于光學薄膜元件的充分利用?;谝恍┘す庀到y允許其元件有一定程度的損傷的事實,Stolz等人提出了功能性損傷閾值的定義。   所謂功能性損傷閾值,就是指激光輻照之后引起光學元件的變化不足以影響系統整體性能的最大能量密度。該定義下損傷產生與否的判斷標準為系統的整體性能,主要表現為兩個方面:首先,激光輻照產生的變化應足夠小,不能改變元件的光學特性,諸如反射率、透過率等,也不能改變傳輸光束的特性,不至于影響元件在系統中的整體表現;其次,該變化應該是穩定的,在其所處系統正常工作的環境中不會發展成為災難性損傷。   顯然,功能性損傷不僅要考慮元件在一次激光輻照下的表現,還要考慮在以后多次激光作用下的結果;不僅要考慮元件本身的性能,還要考慮其所屬系統對其的要求及其性能表現。
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