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关于反射镜的激光损伤阈值

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吧里对反射镜的损伤阈值理解貌似有一点问题,之前我看到盾牌帖子里有说,他设想的激光器为1纳米工作波长,反射式聚焦镜,10米口径,超导自由电子式谐振腔,输出功率10TW至100TW,电光转化效率20%至30%,每次射击最大输出能量20GJ,然后后续帖子里认为这样做反射镜每平米有130GW功率太过强大,应当进一步减小设想值...
这里有一点问题是,每平米130GW并不是什么很高的数值,将130GW/m2换算成平方厘米则为13MW/cm2,提供一个参考,Newport提供的UF.25镀膜的45度反射镜,经测试可承受波长800nm,峰值功率1TW/cm2,脉宽100fs的脉冲激光,虽然其激光重频只有5Hz,武器级激光不可能用这么低的重频,但要知道,对于脉冲激光来说,其激光损伤阈值主要是由峰值功率(即脉冲能量除以脉宽)决定的,这已经能够看出一些问题了。


IP属地:河北1楼2021-12-22 03:23回复
    对于连续激光来说,只要将激光功率除以反射镜面积即可计算激光损伤阈值;但对于脉冲激光来说,光计算平均功率是不够的,还需要计算峰值功率的损伤阈值,才能确保反射镜不被脉冲所损伤。
    当计算脉冲激光的峰值功率时,需要用到单次脉冲能量(焦耳)以及脉宽(每次脉冲持续的时间)有关,因此我们可以将功转化为功率,即用单次脉冲能量除以脉宽,得到峰值功率。
    按照此方法计算,假设有一个10J/cm2@10ns的反射镜,则该反射镜每平方厘米能够承受的峰值功率为10J除以10^-8s=1GW,则每平方米能承受10TW的峰值功率,10米镜能承受大约800TW。
    可能乍一看会觉得很离谱,这么高的功率区区几米的镜子怎么可能承受的住呢?但需要注意一点,这只是峰值功率而已,是800TW又不代表它就是800TJ,否则现在实验室里的那些拍瓦激光该怎么办呢。


    IP属地:河北2楼2021-12-22 04:00
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      对于连续激光而言,激光损伤阈值同波长成正比,例如532nm的损伤阈值为1064nm损伤阈值的一半;而对脉冲激光而言,其损伤阈值则同脉宽(脉冲时间)相关,其计算公式为LDT(y)=LDT(x)*(y/x)^(1/2),其中LDT为损伤阈值,x,y为脉冲时间。例如一个光学元件对10ns的损伤阈值为10J/cm2,则它对1ns的损伤阈值为3.16J/cm2,对0.1ns的损伤阈值为1J/cm2。


      IP属地:河北3楼2021-12-22 04:22
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        这里假设一台每次射击释放10GJ能力的FEL激光器,波长1nm,每次射击释放十万个脉冲,单次脉冲能量为100kJ,脉宽0.1ns,脉冲周期100ns,则一次完整射击需要0.01秒,可得出该激光器的平均功率为1TW,峰值功率为1PW。
        当采用直径10米的反射镜时,总面积为78.5m2,则每cm2会承受1.27GW的峰值功率,已知脉宽为0.1ns,则我们只需要一个0.12J/cm2@0.1ns损伤阈值的反射镜就能满足最低要求,保险起见,我们可以将标准提高到0.2J乃至0.3J/cm2@0.1ns,0.1ns=100fs,完全处于目前科技的范围当中,甚至还有不小的提升空间。

        因此可以看出,对于总能量GJ级,峰值功率TW至PW级的脉冲激光来说,做大镜子主要的目的还是出于减小光斑面积提升能量密度的角度,而非避免反射镜损伤。


        IP属地:河北4楼2021-12-22 04:42
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          IP属地:北京来自Android客户端6楼2021-12-22 10:33
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            IP属地:浙江来自Android客户端7楼2021-12-22 17:23
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              建议加精


              IP属地:浙江8楼2021-12-23 15:56
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                没细看,mark一下


                IP属地:江西10楼2022-02-22 09:31
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                  目前测阈值是怎么测的


                  IP属地:陕西来自iPhone客户端11楼2023-07-26 10:02
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