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Skalierungsrechner für
laserinduzierte Zerstörschwellen (LIDT)

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LIDT(λ1,τ1,∅1)(J/cm2):

Wellenlänge 1, λ1(nm):

Pulsdauer 1, τ1(ns):

Strahldurchmesser 1, ∅1(mm):

Wellenlänge 2, λ2(nm):

Pulsdauer 2, τ2(ns):

Strahldurchmesser 2, ∅2(mm):

LIDT(λ2,τ2,∅2)(J/cm2): --     

Focal Length Calculator
$$ \text{LIDT} \! \left( \lambda_2, \tau_2, ∅_2 \right) \approx \text{LIDT} \! \left( \lambda_1, \tau_1, ∅_1 \right) \times \left( \frac{\lambda_2}{\lambda_1} \right) \times \sqrt{\frac{\tau_2}{\tau_1}} \times \left( \frac{∅_1}{∅_2} \right)^2  $$
λ1 Wellenlänge der bekannten LIDT
λ2 Wavelength of new LIDT
τ1 Pulsdauer der bekannten LIDT
τ2 Pulsdauer der neuen LIDT
∅1 Strahldurchmesser der bekannten LIDT
∅2 Strahldurchmesser der neuen LIDT

Verwenden Sie bitte die amerikanische Zahlenschreibweise und nicht die europäische (z. B. „2.5“ statt „2,5“ für die Zahl „zweieinhalb“).

Bitte beachten Sie: Dieser Rechner kann für Wellenlängen zwischen 248 und 1100 nm, einer Pulsdauer zwischen 1 und 100 ns und Strahldurchmessern zwischen 1 und 25 mm verwendet werden. Da die verwendete Gleichung nur für kleine Veränderungen der Parameter gilt, kann dieser Rechner nur bei Veränderungen der Parameter innerhalb dieser Grenzen eingesetzt werden:

  • ± 5% der Eingangswellenlänge
  • ± Faktor 3 der Pulsdauer
  • ± Faktor 2 des Strahldurchmessers

Bitte beachten Sie: Eine zeitliche Skalierung der Pulsdauer nach (τ2/τ1)0.5 ist ein allgemein anerkanntes Vorgehen und experimentelle Beobachtungen dieser Beziehung ergeben Werte von (τ2/τ1)0.3 bis (τ2/τ1)0.6, je nachdem was genau gemessen wurde.1

Beschreibung

Die laserinduzierte Zerstörschwelle (LIDT) einer optischen Komponente hängt von der Wellenlänge, der Pulsdauer und dem Strahldurchmesser ab. Wenn die für eine Optik angegebene LIDT für andere Wellenlängen, Pulsdauern oder Durchmesser als für die entsprechenden Werte der Anwendung gilt, muss der LIDT-Wert gemäß der Anwendungsspezifikation erneut bestimmt werden. Bei geringen Abweichungen der Spezifikationen lässt sich die LIDT oft näherungsweise skalieren. Je größer die Abweichung zwischen Test- und Anwendungsbedingungen, desto ungenauer wird die Skalierung. Dieser Rechner nutzt einen LIDT-Wert für einen gepulsten Laser bei einer bestimmten Wellenlänge (λ1), Pulsdauer (τ1) und einem bestimmten Strahldurchmesser (∅1) und skaliert ihn auf einen neuen LIDT-Wert bei einer anderen Wellenlänge (λ2), Pulsdauer (τ2) und einem anderen Strahldurchmesser (∅2).

Beispiel

Frage: Was ist die ungefähre LIDT einer Optik bei einer Wellenlänge von 515 nm, einer Pulsdauer von 30 ns und einem Strahldurchmesser von 2 mm, wenn die Optik eine spezifizierte LIDT von 10 J/cm2 bei einer Wellenlänge von 532 nm, einer Pulsdauer von 20 ns und einem Strahldurchmesser von 3 mm hat?

Antwort: Die ungefähre LIDT bei den neuen Spezifikationen kann bestimmt werden über:

\begin{align}
\text{LIDT} \! \left( 515 \text{nm}, 30 \text{ns}, 2 \text{mm} \right) &  \approx 10 \tfrac{\text{J}}{\text{cm}^2} \times \left( \frac{515 \text{nm}}{532 \text{nm}} \right) \times \sqrt{\frac{30 \text{ns}}{20 \text{ns}}} \times \left( \frac{3 \text{mm}}{2 \text{mm}} \right)^2  \\
& = 26.7 \tfrac{\text{J}}{\text{cm}^2} 
\end{align}

Die ungefähre LIDT bei den neuen Spezifikationen ist mehr als 2x größer als die LIDT bei den Testspezifikationen.

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Referenzen

  1. Niemz, M. H. “Threshold Dependence of Laser‐Induced Optical Breakdown on Pulse Duration.” Applied Physics Letters, vol. 66, no. 10, Dec. 1994, pp. 1181–1183., doi:10.1063/1.113850.
  2. Rainer, F., et al. “Bulk And Surface Damage Thresholds Of Crystals And Glasses At 248 nm.” Optical Engineering, vol. 22, no. 4, 1983, pp. 431–434., doi:10.1117/12.7973139.
  3. Rastogi, Vinay, et al. “Laser Induced Damage Studies in Borosilicate Glass Using Nanosecond and Sub Nanosecond Pulses.” Journal of Non-Crystalline Solids, vol. 463, 1 Mar. 2017, pp. 138–147., doi:10.1016/j.jnoncrysol.2017.03.006.
  4. Smith, Arlee V., and Binh T. Do. “Bulk and Surface Laser Damage of Silica by Picosecond and Nanosecond Pulses at 1064 Nm.” Applied Optics, vol. 47, no. 26, 9 Sept. 2008, pp. 4812–4832., doi:10.1364/ao.47.004812.
  5. Stuart, B. C., et al. “Nanosecond-to-Femtosecond Laser-Induced Breakdown in Dielectrics.” Physical Review B, vol. 53, no. 4, 9 Feb. 1996, pp. 1749–1761., doi:10.1103/physrevb.53.1749.
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