光学フィルターの連続波（CW）レーザーおよびパルスレーザーに対する損傷しきい値はどの程度ですか？

光学フィルターのレーザー損傷しきい値（LDT）は、コーティングまたは基材が損傷するまでフィルターが耐えられる最大光パワーまたはエネルギーを示します。損傷の物理的メカニズムが異なるため、レーザーが連続波（CW）モードとパルスモードのどちらで動作するかによって、このしきい値は大きく異なります。

1. 連続波（CW）損傷しきい値

CWモードでは、損傷の主因は熱です。フィルターがレーザーエネルギーの一部をわずかに吸収し、それが熱として蓄積します。熱を十分な速さで放散できない場合、コーティングに亀裂が生じたり、溶融したり、基板から剥離したりする可能性があります。

• 指標: パワー密度で測定（線状: W/cm または 面積: W/cm ²）。
• 代表値：
  • ソフトコート／ラミネートフィルター： < 1 W/cm²（許容差が非常に小さい）。
  • ハードコート（スパッタ）フィルター： 10 W/cm²～100 W/cm²。
  • 高出力用ミラー／誘電体多層膜: > 1 kW/cm² （能動冷却が必要）。

注記: CW損傷はビーム径に大きく依存します。スポット径が小さいほど、総出力が低くても局所温度が高くなります。

2. パルスレーザー損傷しきい値

パルスによる損傷は、一般に絶縁破壊または急激な機械的応力（衝撃波）によって発生します。エネルギーがナノ秒（10^-9）またはフェムト秒（10^-15）の時間幅で与えられるため、ピークパワーは材料から電子を直接引き離すほど高くなります。

• 測定指標： エネルギー密度（J/cm²）で測定します。
• 代表値（1064 nm、10 nsパルス時）：
  • 標準バンドパスフィルター： 0.1 to 1 J/cm²。
  • 高出力用誘電体フィルター： 5 to 20 J/cm²。

パルス幅に応じたスケーリング

しきい値（LDT）は、パルス幅（τ）の平方根に比例します。10 nsでのしきい値が既知であれば、次の関係式を使用して異なるパルス幅での値を推定できます。

LDT2 = LDT1 * sqrt(tau2 / tau1)

この式では：

• LDT2は、新しいパルス幅における未知の損傷しきい値です。
• LDT1 は既知の損傷しきい値です（通常はメーカーが提示します）。
• tau2はレーザーのパルス幅です。
• tau1はメーカー試験で使用されるパルス幅です（通常は10 ns）。
• sqrt は平方根を表します。

3. 比較の概要

4. しきい値に影響する要因

• 波長： 短波長（UV）では光子のエネルギーが高く、吸収が増加して電離しやすくなるため、一般に損傷しきい値が低くなります。
• 表面の清浄度: ほこり、指紋、油分はエネルギーを吸収して「ホットスポット」となり、フィルターが定格仕様を大幅に下回る条件で損傷する原因になります。
• 繰り返し周波数: 高繰り返し周波数のパルスレーザー（MHz領域）では、フィルターがパルス間に冷却される時間がなく、「熱・パルス」複合型の損傷に至る場合があります。