几种光学薄膜激光损伤阈值测量方法的介绍与探讨1•前言光学薄膜现在已经成为各个光学元器件不可或缺的部分，随着高功率激光器件的发展，由于光学薄膜相对于其他光学元件一般具有比较低的激光损伤阈值，因而光学薄膜成为了高功率器件限制功率提高的瓶颈所在，因此提高薄膜的激光损伤阈值显得极为重要。然而要想提高薄膜的激光损伤阈值，准确的测量薄膜的激光损伤阈值成为了当前亟需解决的难题。本文系统的总结了1-on-l、S-on-1、R-on-1和光栅扫描四种测试方式，以及normaski相称显微镜观察、等离子体闪光判别等几种判断薄膜损伤方法的原理。可为薄膜激光损伤阈值的测试提供参考与借鉴。2.几种损伤阈值测量方法的介绍当前主流的测量方式有1-on-l、S-on-1、R-on-1和光栅扫描四种方式。其测试设备均如图一［1］所示，只是在激光辐照到样品表面时而采取不同的方式。Rieiisingknssa]T1P^图一一激光损伤阈值测量光路激光器发出强激光用来作为损伤光，九勺玻片与偏振片共同构成衰减器，激光器所发出的光作为准直光使用，聚焦透镜使得光斑聚焦到合适的大小，分光镜将光分为三束，其中一束通向样品，一束通向能量计以时时监测能量值，另外一束通向以确定光斑大小。2.11-on-l测量方法⑵采用不同能量密度的激光依次对样品上一排点进行辐照，每个点辐照一次，为了保证各个点之间不相互影响，应使得两个点之间的距离为样品表面处理光斑直径的3倍以上（如图二），辐照完后计算出该功率下的损伤几率，然后用相同的方法进行下一个功率的辐照。得出各个功率密度分别对应的损伤几率（必须包含0损伤几率与100%损伤几率）后，利用最小二乘法原理，对数据进行线性拟合，进而得到损伤阈值。图二样品的测试点分布该种方法应用较为普遍，它得到的损伤阈值也较为准确，但是该方法测量面积较大，且不能得到阈值分布，对于重频激光来说必须考虑激光辐照的累积效应⑶，该测试方法也不能满足。2.2S-on-1测量方法采用不同能量密度的激光对样品上的一排点进行辐照，每个点辐照S（可以为1,10,100,1000等）次（若不到S次就发生损伤则应立即移动至下一个测试点），为保证各个点之间不相互影响，应使得两个点间的距离为样品表面处光斑直径的3倍以上，辐照完后计算出该功率下的损伤几率，然后用相同的方法进行下一个功率的辐照。然后同1-on-1方法拟合出功率密度与损伤几率的关系，进而得到损伤阈值。该方法相对来说更加符合日常实际情况，所以也是一种比较常用的测量方法。同1-on-1法，该方法也无法得到阈值的分布情况。2.3R-on-1测量方法测量过程中通过改变衰减器，从而使得激光能量按梯度增加，将激光打到样品的测试点上，发生损伤后就移至下一个点（两点之间的距离一般也为样品上光斑直径的3倍），记录下发生损伤时激光能量的密度F与前一个为发生损伤时的激光能量密度F。分别求出各个12点的F与F的平均值，即为该点的损伤阈值，再将所有测试点的损12伤阈值求平均，即可认为是该样品的损伤阈值。该方法能够得到较多的数据，能够分析整个光学原件的均匀性，但是由于激光预处理效应而使得激光损伤阈值有所增加。2.4光栅扫描法在样品上选取一定的区域进行多个能量梯度的光栅式多脉冲扫以上数据描，扫描间距一般也为样品上光斑直径的3倍左右。每个能量梯度扫描一次，若未出现损伤则进行下一梯度的扫描，若出现了损伤则记录下此时激光能量密度F与前一个未损伤时的激光能量密度F。阈值12的确定于R-on-1相似。该方法由于需要测量的面积较大，所需时间较长，且由于存在激光预处理效应，从而会使得激光损伤的阈值也有所增加。2.5各种方法的比较图三⑷为不同光斑下各种测量方法下的1-on-l,S-on-1与R-on-1的损伤阈值曲线图，表一[4]为损伤阈值的测量结果。spotdiiiitLi'h'rLIDT"J・s严)/UltLITHI-IS-tni-lR-EriiHi'i'5cuiiS52S.1246.935.114027.424.145.232.2由于存在激光预处理效应，与光栅扫描法得到的损伤阈值会比与得到的阈值大。由于光栅扫描法扫描的范围比较大,因此其更容易辐照到缺陷等阈值极低点，从而使得其损伤阈值相对更小。而在中存在光热积累效应，因此多脉冲往往更容易导致损伤，因此又比大。可见，理论与实验符合的...
