Materialbeständigkeit gegen Laserstrahlen

Typischerweise beschädigt ein Laser eine optische Oberfläche auf eine von zwei Arten. Das erste ist genau das, was Sie erwarten würden: Der Laser erhitzt das Material, bis etwas Schlimmes passiert. Das zweite ist auch ziemlich einfach, aber weniger verbreitet, weil es (AFAIK) wirklich nur ein Problem mit sehr kurzen Impulsen (in der Größenordnung von Femtosekunden) ist. In diesem Fall wird durch den Balken eine kleine, aber sich schnell ändernde mechanische Spannung erzeugt, entweder als Effekt der Erwärmung oder des elektrostriktiven Effekts. Der resultierende Stoß ist stark genug, um die optische Oberfläche zu beschädigen, normalerweise durch die Erzeugung mikroskopischer Späne oder die Delaminierung optischer Beschichtungen.

Nun, das wichtige Thema hier, das Ihre Frage beantworten sollte, ist, dass die durchschnittliche Leistung im Zusammenhang mit optischen Schäden nicht wirklich viel bedeutet. Dies kann in Fällen ein Problem darstellen, in denen die Wärmeableitung über lange Zeiträume zu einem Problem wird, aber in Fällen, in denen der Laser gepulst wird, wird die Schadensmechanik hauptsächlich durch die Spitzenleistung und die Impulsbreite bestimmt.

Um es analog zu machen: Ich bin noch nie mit einer Waffe erschossen worden. Wenn ich morgen in den Kopf geschossen werde, wird mein lebenslanger durchschnittlicher Kugelfluss sehr niedrig sein, nur eine Kugel in 26 Jahren. Trotzdem werde ich tot sein.

Keine erschöpfende Liste. Einige Phänomene, die dies ermöglichen, sind nichtlineare Effekte. Ein kurzer Impuls ermöglicht eine höhere Intensität für einen kurzen Zeitraum, wodurch nichtlineare Effekte wie Zwei-Photonen-Absorption und Selbstfokussierung verstärkt werden . Zwei-Photonen-Absorption bewirkt, dass ein Material Licht absorbiert, was es nicht tun würde, wenn das Licht eine geringe Intensität hätte. Die Selbstfokussierung würde das Licht stärker fokussieren, was den Bereich verkleinern würde, in dem die Wärme gestreut werden kann, oder die Intensität für die Absorption von zwei oder mehr Photonen erhöhen würde. Die Selbstdefokussierung ist ebenfalls möglich, was bei gepulstem Material eine geringere Beschädigung des Materials ermöglichen würde.

Eine Sache, die wichtig sein sollte, ist, wie viel Laserlicht reflektiert und wie viel absorbiert und übertragen wird.

Ich weiß nicht viel darüber, aber meine naive Vermutung ist, dass Materialien durch Laser in erster Linie beschädigt werden, weil sie durch die Intensität des Lichts erhitzt werden und dann schmelzen (oder verbrennen!). Daher kommen auch Wärmeleitfähigkeit oder Reaktionseigenschaften des Materials ins Spiel. Wenn beispielsweise Wärme in einem Material gut leitet, kann sich die lokale Erwärmung des Materials durch den Laser in einen größeren Bereich ausbreiten.