Как защитить лазерную оптику от опасности повреждения ультрафиолетом?

Лазерная оптика является важным компонентом многих типов лазеров, включая коммерческие, промышленные, медицинские и научные лазеры. Однако УФ-лазерная оптика часто имеет ограниченный срок службы по двум основным причинам: лазерно-индуцированное загрязнение (LIC) и усталость от ультрафиолета. LIC вызван отложением нежелательного материала на поверхности оптики, а УФ-усталость вызвана накоплением материала. Воздействие ультрафиолетового света может привести к повреждению оптики. Со временем эти два процесса повреждения ухудшают характеристики оптики.

 

 

Что такое лазерное загрязнение (LIC)
Оптические компоненты могут загрязниться, когда УФ-лазеры взаимодействуют с частицами, водяным паром, органическими веществами и другими загрязнителями в системе. Эти загрязнения могут поступать из окружающего воздуха, оптомеханического оборудования и других материалов в системе. Хотя методы смягчения последствий, такие как вентиляция сухим азотом, полезны, они все равно могут привести к LIC. Любое скопление твердых частиц блокирует путь света, снижает функциональность компонентов и может снизить порог повреждения оптики лазером.

 

Из-за низкой теплопроводности на оптических поверхностях часто образуется конденсат. Эти конденсированные молекулы воды могут затем взаимодействовать с лазером и поверхностным материалом, инициируя LIC. Кроме того, газообразные выбросы и другие переносимые по воздуху молекулярные загрязнители часто приводят к образованию отложений на основе углерода на оптических поверхностях. Древовидный рост LIC можно наблюдать на рисунке 1.

 

Что такое УФ-усталость?
Помимо LIC, вызванного воздействием окружающей среды, материалы, используемые в покрытиях и подложках, подвержены со временем деградации из-за процессов оптической усталости, даже если интенсивность источника света ниже порога лазерно-индуцированного повреждения (LIDT).

 

Понятие усталости от ультрафиолета можно сравнить с переплетом книги. Даже незначительное использование может привести к износу. Эксперименты по усталости от УФ-излучения, проведенные Edmund Optics, показали, что при определенных условиях, например, в вакууме, воздействие УФ-лазера может вызвать эффекты УФ-усталости. Разница между LIC и УФ-усталостью заключается в том, что LIC — это кумулятивный процесс, а усталость — это повреждение от света. материала, вызывая изменение цвета или другие внутренние изменения, которые могут даже привести к удалению материала.

 

Два явления, определяющие условия и механизмы значительного ухудшения оптических характеристик, находятся ниже порога одноимпульсного повреждения в лазерном диапазоне коротких импульсов.

 

Первый механизм основан на изменении показателя преломления, вызывающем эффект линзы, увеличивающий локальную интенсивность света на оптическом элементе.

 

Второй механизм предполагает образование фотоиндуцированных дефектов за счет образования автолокализованных экситонов, что приводит к накоплению центров поглощения и потере оптической эффективности.

 

 

Как LIC, так и оптическая усталость могут возникать, хотя и в меньшей степени, в лазерах видимого и инфракрасного диапазона волн. Однако высокая энергия УФ-фотонов делает эти эффекты более распространенными в системах, излучающих в этом спектральном диапазоне.

 

 

 

Как защитить лазерную оптику от опасности повреждения ультрафиолетом?
Одним из способов защиты лазерной оптики от УФ-повреждений является использование защитных покрытий. Эти покрытия призваны блокировать проникновение УФ-излучения и защищать от его вредного воздействия. Некоторые из наиболее популярных покрытий включают антибликовые покрытия (которые уменьшают количество УФ-излучения, попадающего на линзу) и анти-УФ-покрытия (которые полностью блокируют УФ-излучение).

 

Еще один способ защитить лазерную оптику от УФ-повреждений — правильно ее хранить. Когда линзы не используются, их следует хранить в темном месте, вдали от ультрафиолетового излучения. Кроме того, линзы следует хранить в чистом, сухом месте, свободном от мусора и влаги, которые могут привести к повреждению с течением времени.

 

Регулярная очистка также важна для поддержания лазерной оптики в хорошем состоянии и защиты от ультрафиолетового излучения. Правильная очистка предполагает использование мягкой ткани или щетки для удаления грязи и мусора с линзы, а затем осторожное промывание ее мягким чистящим раствором. Важно избегать воздействия на линзу агрессивных химикатов или растворителей, которые могут нанести непоправимый ущерб.

 

 

Таким образом, защита лазерной оптики от УФ-повреждений имеет решающее значение для поддержания ее производительности и продления срока службы. При использовании защитных покрытий, правильном хранении и регулярной очистке лазерная оптика может оставаться в отличном состоянии долгие годы.

​