Laserschadensereignisse in der Optik verfolgen und verstehen - Teil 09

3 Funktionelle Laserschadensbewertung und Laservorbehandlungstechnologie

Ob es sich um mikroskopische Defekte oder nanoskopische Laserschadensvorläufer handelt, die Verteilung und Menge in optischen Materialien oder Komponenten hängt eng mit dem Herstellungsprozess zusammen. Defektarme Verarbeitungs- und Fertigungstechnologien haben eine wichtige Rolle bei der Förderung der Herstellung von Hochleistungslasermaterialien und -komponenten gespielt. Als größtes Laserprojekt weist der ICF-Lasertreiber jedoch die bisher größte Anzahl und Größe optischer Komponenten auf. Bei Großprojekten ist es notwendig, durch Defekte und Vorläufer induzierte Laserschäden zu vermeiden und den Ausgangsfluss von Großlasern zu erhöhen. Es ist unrealistisch, eine Massenproduktion von „Null-Fehler“-Optikmaterialien und -Komponenten zu erwarten, daher ist es notwendig, den Widerspruch zwischen Produktionskapazität und Fehlerkontrolle auszugleichen. Basierend auf der Tatsache, dass der durch Defekte oder Vorläufer verursachte Schaden im Allgemeinen eine lokale grubenartige Struktur ist, deren Größe kontrolliert werden kann, schlug LLNL in den Vereinigten Staaten ein funktionales Schadensschwellenbewertungssystem vor, das das Vorhandensein bestimmter Schadenspunkte toleriert. Die Größe des Schadenspunkts wird so gesteuert, dass sie am kleinsten und stabilsten ist, und es wird eine Reihe von Nachbearbeitungsverfahren vorgeschlagen, unter denen die Laservorbearbeitungstechnologie den größten technischen Anwendungswert hat.

3.1 Funktionelle Laser-Schadensschwellenbewertungsmethode für optische Komponenten mit großer Apertur

Die sogenannte funktionelle Laserschädigung äußert sich hauptsächlich in zwei Aspekten: Erstens sollte die lokale Schädigung durch Laserbestrahlung klein genug sein, um die optischen Eigenschaften des Bauteils, wie Reflektivität, Transmission etc., nicht signifikant zu verändern und nicht die Eigenschaften des gesendeten Strahls erheblich verändern, um die Gesamtfunktion der Komponenten im System nicht zu beeinträchtigen; zweitens sollte diese lokale Beschädigung stabil sein, und das Größenwachstumsphänomen wird bei Mehrfachbestrahlung unter den Auslegungsflussbedingungen des Lasersystems nicht auftreten. Offensichtlich sollte ein funktioneller Schaden auf dem Lasersystem und den Komponentenfunktionen basieren, und die Schadenspunkte sollten in Bezug auf Ausmaß, Dichte und Stabilität definiert werden. Derzeit lauten die Kriterien des US-amerikanischen NIF-Projekts zur Beurteilung funktioneller Laserschäden an optischen Komponenten mit großer Apertur:

•   Die Querabmessung der Schadstelle überschreitet 280 μm nicht ;

•   Die Abschattungsfläche aller Schadstellen überschreitet nicht 0,01 % der lichtdurchlässigen Fläche des Bauteils;

•   Die Größe des Schadensflecks wächst nicht unter der anschließenden Bestrahlung mit Laserpulsen;

•   Der Anteil des Plasmaabtrags nach der Laservorbehandlung von dielektrischen Dünnschichtbauteilen darf 3 % nicht überschreiten.