Q-Switched 레이저의 레이저 유도 손상 위험은 무엇인가요? 전문가의 완화 조치로 광학 장치를 보호하세요.

Q-switched 레이저의 가장 큰 위험은 극심한 피크 강도로 인한 내부 광학 장치의 치명적인 물리적 손상입니다. 이 레이저는 저장된 에너지를 매우 짧은 펄스로 압축하기 때문에 결과적인 광학 강도는 내부 거울과 Q-스위치 자체의 손상 임계값을 쉽게 초과할 수 있습니다. 이 위험을 완화하는 주요 방법은 레이저 빔이 모든 민감한 부품에 걸쳐 넓은 모드 면적을 유지하도록 공진기를 설계하여 단일 지점에서의 에너지 밀도를 줄이는 것입니다.

Q-스위칭은 설계상 높은 피크 출력을 달성하지만, 이는 광학 부품에 불안정한 환경을 조성합니다. 완화는 광학 강도가 물리적 손상 임계값을 넘지 않도록 빔 크기를 엄격하게 관리하는 데 달려 있습니다.

강도와 위험의 역학

피크 출력의 위험

Q-switched 시스템에서는 에너지가 1초의 일부 동안 저장되었다가 방출됩니다. 이로 인해 연속파 레이저에서 발견되는 것보다 훨씬 높은 광학 강도가 발생합니다.

취약한 부품

가장 위험한 부품은 레이저 캐비티 내부(내부)에 있는 부품입니다. 특히 거울과 Q-스위치 장치는 집중된 펄스 에너지에 직접 노출되기 때문에 레이저 유도 손상(LID)의 가장 높은 위협에 직면합니다.

전략적 완화: 공진기 설계

모드 면적 확장

손상 위험을 줄이는 가장 효과적인 방법은 에너지를 분산시키는 것입니다. 설계자는 빔 직경(모드 면적)이 모든 광학 표면에서 충분히 크도록 광학 공진기를 설계해야 합니다.

에너지 밀도 감소

부품에 닿는 빔 스팟의 면적을 늘리면 에너지 밀도(플루언스)가 감소합니다. 이렇게 하면 총 출력 전력이 높더라도 강도가 재료의 손상 임계값 아래로 유지됩니다.

컴팩트함의 과제

넓은 모드 면적을 달성하는 것은 특히 짧은 공진기에서는 기술적으로 어렵습니다. 컴팩트한 레이저 설계는 자연스럽게 빛을 더 작은 스팟으로 집중시키는 경향이 있어 물리적 크기와 광학 안전성 사이의 복잡한 균형을 맞춰야 합니다.

상충 관계 이해: 열 불안정성

열 렌즈 효과 변수

손상 완화의 주요 복잡성은 열 렌즈 효과입니다. 게인 매질(레이저 결정)에 에너지가 펌핑되면 가열되어 렌즈처럼 작용하며 빛의 경로를 변경합니다.

예측 불가능한 모드 축소

열 렌즈 효과는 캐비티 내부의 레이저 모드 크기를 동적으로 변경할 수 있습니다. 이상적이지 않은 펌핑 조건에서는 이 효과가 의도한 것보다 더 작은 지점으로 빔을 우발적으로 집중시킬 수 있습니다.

동적 스파이크의 위험

열 효과로 인해 모드 크기가 축소되면 해당 특정 지점에서의 광학 강도가 극적으로 급증합니다. 이는 초기 저출력 테스트 중에는 안전해 보이는 시스템에서도 갑작스러운 부품 고장을 일으킬 수 있습니다.

설계에 대한 올바른 선택

Q-switched 레이저 시스템을 설계하거나 선택할 때 시스템 컴팩트함에 대한 부품 수명 우선순위를 정해야 합니다.

주요 초점이 신뢰성이라면: 물리적으로 더 긴 레이저 캐비티가 필요하더라도 더 넓은 모드 면적을 선호하는 공진기 설계를 우선시하세요.
주요 초점이 컴팩트함이라면: 더 높은 손상 위험을 인지하고 빔을 축소시킬 수 있는 열 렌즈 효과를 최소화하기 위해 엄격한 냉각을 구현하세요.
주요 초점이 고출력이라면: 열 렌즈로 인한 강도 스파이크를 고려하여 광학 부품이 이론적 피크보다 훨씬 높은 강도에 대해 정격이 매겨졌는지 확인하세요.

차가운 캐비티의 이론적 모드 크기뿐만 아니라 최악의 열 시나리오에 대해 설계하세요.

요약 표:

위험 요소	광학 장치에 미치는 영향	완화 전략
높은 피크 강도	거울 및 Q-스위치의 치명적인 물리적 손상	빔 모드 면적을 늘려 에너지 밀도 감소
열 렌즈 효과	예측 불가능한 모드 축소 및 강도 스파이크	엄격한 냉각 및 열 안정화 구현
짧은 공진기 설계	작은 스팟에 더 높은 에너지 집중	크기 대 광학 안전성 균형을 위한 정밀 엔지니어링
펌핑 변동성	안전 임계값을 초과하는 동적 빔 초점	높은 LIDT(레이저 유도 손상 임계값)를 가진 부품 사용

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