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Calculateur de mise à échelle
des seuils de dommages laser (LIDT)

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LIDT(λ1,τ1,∅1)(J/cm2):

Longueur d’onde 1, λ1(nm):

Durée d'impulsion 1, τ1(ns):

Diamètre de faisceau 1, ∅1(mm):

Longueur d’onde 2, λ2(nm):

Durée d'impulsion 2, τ2(ns):

Diamètre de faisceau 2, ∅2(mm):

LIDT(λ2,τ2,∅2)(J/cm2): --     

Calculateur de mise à échelle des seuils de dommages laser (LIDT)
$$ \text{LIDT} \! \left( \lambda_2, \tau_2, ∅_2 \right) \approx \text{LIDT} \! \left( \lambda_1, \tau_1, ∅_1 \right) \times \left( \frac{\lambda_2}{\lambda_1} \right) \times \sqrt{\frac{\tau_2}{\tau_1}} \times \left( \frac{∅_1}{∅_2} \right)^2  $$
λ1 Longueur d’onde du LIDT connu
λ2 Longueur d’onde du LIDT nouveau
τ1 Durée d’impulsion du LIDT connu
τ2 Durée d’impulsion du LIDT nouveau
1 Diamètre de faisceau du LIDT connu
2 Diamètre de faisceau du LIDT nouveau

Remarque : Ce calculateur est valable pour des longueurs d'onde entre 248 et 1100 nm, des durées d'impulsion entre 1 et 100 nm et des diamètres de faisceau entre 1 et 25 mm. Comme cette équation n'est valable que pour de petites variations des paramètres d'utilisation, ce calculateur est uniquement destiné à être employé pour des variations des conditions d'utilisation dans les limites suivantes :

  • ± 5% de la longueur d'onde d'entrée
  • ± facteur de 3 de la durée de l'impulsion
  • ± facteur de 2 du diamètre du faisceau

Remarque: L'échelle temporelle de la durée d'impulsion suivant (τ21)0.5 est une convention communément acceptée et les observations expérimentales de cette relation vont de (τ21)0.3 à (τ21)0.6, en fonction de ce qui a été mesuré exactement.1

Description

Le seuil de dommage induit par laser (LIDT) d'un composant optique dépend de la longueur d'onde, de la durée d'impulsion et du diamètre du faisceau. Si le LIDT spécifié d'une optique est à une longueur d'onde, une durée d'impulsion ou un diamètre différents de ceux de l'application, le LIDT doit être réévalué selon les spécifications de l'application. Pour de petits changements dans ces spécifications, la mise à échelle du LIDT qui en résulte peut être approximative. Plus la différence entre les conditions d'essai et les conditions d'utilisation est importante, moins la mise à l'échelle est précise. Ce calculateur prend une valeur LIDT donnée pour un laser pulsé à une longueur d'onde (λ1), une durée d'impulsion (τ1) et un diamètre de faisceau (∅1) connus, et la met à l'échelle pour un nouveau LIDT à une longueur d'onde (λ2), une durée d'impulsion (τ2) et un diamètre de faisceau (∅2) différents.

Exemple

Question : Quel est le LIDT approximatif d'une optique à une longueur d'onde de 515 nm, une durée d'impulsion de 30 ns et un diamètre de faisceau de 2 mm si l'optique a un LIDT spécifié de 10 J/cm2 à une longueur d'onde de 532 nm, une durée d'impulsion de 20 ns et un diamètre de faisceau de 3 mm

Réponse : Le LIDT approximatif dans les nouvelles conditions d'utilisation peut être déterminé par :

\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}

Le LIDT approximatif dans les nouvelles conditions d'utilisation sera plus de 2X plus élevée que le LIDT dans les conditions d'essai.

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Reférences

  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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