连续波DF高功率激光引起的光学元件热畸变和损伤

    0  引言

    连续波与脉冲式激光器不同，光学元件在两种激光系统中的损伤机理也不一样.脉冲激光运行时间很短，电场在多层膜光学元件前面几层中的影响占支配地位。脉冲激光对光学元件损伤主要由电场引起。连续波激光运行时间相对较长，损伤现象主要由热效应支配，光运行时间在皮秒和纳秒量级范围内，电场效应起着主导地位.然而当激光运行时间在微秒量级时，光学元件的热效应就变得很重要。

    高功率连续波激光系统通常由非冷却超低膨胀玻璃(ULE)、微晶玻璃(CER一VIT)、熔石英、BK7玻璃，以及冷却铜、钥、硅等反射光学元件构成。在抛光好的基片上镀一层金属膜，再在金属上镀多层介质膜使特定激光波长反射率最大。有些光学元件为提高其激光损伤闭值，在基片上镀极低吸收、高低不同折射率的多层介质反射膜。

    多层膜光学元件由于材料本身吸收和镀膜工艺引人的吸收，在高功率激光辐照下镜面产生热变形。如吸收过大，甚至引起膜层和光学元件的损伤。光学元件热畸变在激光传输系统中会使光学图象失真，激光波面发生畸变，影响激光束传输。研究高功率激光束对反射光学元件产生热畸变和损伤具有实用指导意义。

     1  高能激光辐照下多层膜内瞬时温度分布

    镀膜材料和镀膜工艺使多层膜存在吸收和散射。可能出现在膜与膜，膜与基片的界面上。实验发现，吸收和散射可能出现在膜体内、也主要吸收发生在膜与膜，膜与基片的界面上.多层膜的吸收不仅限制光学元件反射率和透过率，更重要的是在高能激光系统中使光学元件产生热畸变和损伤.在强激光辐照下多层膜堆和光学元件温升由文献【4】中的理论计算。利用文献2，31可以得到膜层间界面吸收分布为

    2  光学元件热畸变及其测且

     高能激光束照射在光学元件上，由于膜层和基片吸收激光能量会使光学元件发热，因而产生热畸变.如吸收光能过多，或光学元件吸收率过大，在强激光辐照下，光学元件还会产生损伤.造成光学元件激光损伤和热畸变因素很多.高能激光系统常用的两种反射镜，即冷却镜和非冷却镜，在激光作用下的损伤机理和热变形也不相同.这里仅讨论非冷却镜。

    非冷却反射镜在高能激光系统中，如果承受功率密度很高，一般选用ULE、CER一VIT、熔石英、硅和钥作为基片材料，低功率密度激光反射镜基片选用BK7玻璃.当激光束均匀地辐照整个光学元件或局部时，膜层和基片吸收光能在多层膜和基片中产生温度梯度.这种温度梯度使光学元件变形弯曲，弯曲球面半径为l5]