什么是激光损伤阈值

激光诱导损伤阈值(LIDT)在ISO 21254中定义为，“光学器件推测的损伤概率为零的最高激光辐射量”。LIDT旨在指定激光器在损伤发生前能够承受的最大激光能量密度（脉冲激光器，通常以 J/cm2 为单位）或最大激光强度（连续波激光器，通常以 W/cm2 为单位）。

损伤阈值的表达方式

（1）对于连续激光器来说，常采用平均功率密度来表示，其计算方法为：

（2）对于脉冲激光器来说，常采用能量密度和峰值功率密度来表示，其计算方法如下：

损伤阈值的评价方法

（1）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。

（2）对于一束高斯激光光束，通常在计算得到的激光功率密度上乘以2，代表髙斯光束中心区域的较高功率密度。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。

（3）对于脉冲宽度在微秒和纳秒之间的脉冲激光，损伤阈值和脉冲的宽度的平方根成比例关系。

（4）对于脉冲宽度在毫秒和连续激光之间的区域，因它处于脉冲激光和连续激光之间的交叠范围，应同时比较光学元件的连续和脉冲激光损伤阈值，使其满足两种情况。

（5）在脉冲激光光束中，常有一些功率较高的热点。因此为了保证光学器件不被损坏，在计算得到的能量或功率密度和光学元件的损伤阈值之间，一般留有2或3倍的安全系数。高斯光束乘以2倍系数，代表光束中心的高功率密度。

影响损伤阈值的因素

（1）波长效应波长越短光子对应的能量就越接近材料的禁带宽度，发生非线性吸收的概率就会增大，导致光学薄膜发生损坏的诱导因素也会增加。所以光学薄膜的损伤阈值随波长的变短而呈现逐渐降低的趋势，损伤阈值与入射激光波长的经验公式为：

（2）脉宽效应损伤阈值与脉冲宽度的经验公式为：

不同的制备工艺下制备出的薄膜特性不同。不同的薄膜材料具有不同的膜系结构因此驻波场分布、应力分布等特性也不同。所以，m的取值与薄膜材料、膜系结构、制备工艺等因素有关，取值介于0.3到0.5之间。

（3）光斑效应薄膜在制备以及存储过程中会引入缺陷。激光损伤测试过程中，光斑越大，光斑内出现缺陷的概率越大，薄膜越容易出现损伤。相同的能量密度下，光斑越大，薄膜承受的总能量会越大，膜层内温度分布就会产生差异，使薄膜损伤阈值降低。在采用零几率拟合测量光学薄膜的损伤阈值大小时，当所用的光斑足够大，取样次数足够多或者缺陷密度足够高时，光斑效应在理论上是可以消失的。

（4）累积效应光学薄膜在实际使用时，往往在一段时间内需要经受多个脉冲激光的辐照。光学薄膜在多脉冲激光辐照下的损伤阈值，往往低于单脉冲激光辐照下的损伤阈值。当重复频率较低时，激光与薄膜相互作用产生的不可逆损伤的积累，会导致多脉冲损伤阈值低于单脉冲损伤阈值。当重复频率较高时，当薄膜与激光相互作用产生可逆破坏的恢复时间大于脉冲之间的间隔时间时，可逆破坏就会不断的累积，可能会发展成为不可逆的损伤，在后续脉冲作用下，薄膜会被破坏。

（5）薄膜厚度光学薄膜厚度的不同，会引起薄膜内电场强度分布的不同。通过修正膜层内的电场强度，得出不同薄膜损伤阈值随厚度的变化是不同的。虽然随着厚度的增加薄膜内的各种缺陷增加，但是 TiO2、SiO2损伤阈值并没有随着厚度的增加而降低，而 ZrO2、ZnS 损伤阈值却随厚度的增加而降低。

薄膜的不同膜厚效应，是由表面吸收与体吸收的不同造成的。当表面吸收占主要吸收因素时，薄膜的厚度效应不明显，当体吸收占主要吸收因素时，薄膜的抗激光损伤阈值大小随厚度的增加而降低。

（1）介质本身性能，包括介质的成分、光学均匀性、光学吸收性、热学性质等。

（2）辐照的激光性质，包括激光频率、激光脉宽、激光光束束斑等。

（3）光学元件的加工工艺过程，如光学元件上留下的加工痕迹、镀膜方法、膜材料的纯度等甚至实验操作空间的清洁程度也会影响介质的损伤。