¿Cómo proteger la óptica láser de los peligros del daño ultravioleta?
Sep 27, 2023
La óptica láser es un componente importante de muchos tipos de láseres, incluidos los comerciales, industriales, médicos y científicos. Sin embargo, la óptica láser UV suele tener una vida útil limitada debido a dos razones principales: la contaminación inducida por láser (LIC) y la fatiga UV. El LIC es causado por la deposición de material no deseado en la superficie de la óptica, mientras que la fatiga UV es causada por material acumulado. La exposición a la luz ultravioleta puede dañar la óptica. Con el tiempo, estos dos procesos de daño degradan el rendimiento de la óptica.
¿Qué es la contaminación inducida por láser (LIC)?
Los componentes ópticos pueden contaminarse cuando los láseres UV interactúan con partículas, vapor de agua, materia orgánica y otros contaminantes del sistema. Estos contaminantes pueden provenir del aire ambiente, equipos optomecánicos y otros materiales del sistema. Aunque los métodos de mitigación, como la ventilación con nitrógeno seco, son útiles, aún pueden provocar LIC. Cualquier acumulación de partículas bloquea el camino de la luz, reduce la funcionalidad del componente y puede reducir el umbral de daño del láser de la óptica.
Debido a la baja conductividad térmica, a menudo se produce condensación en las superficies ópticas. Estas moléculas de agua condensada pueden luego interactuar con el láser y el material de la superficie, iniciando LIC. Además, las emisiones gaseosas y otros contaminantes moleculares transportados por el aire a menudo conducen a la formación de depósitos de carbono en las superficies ópticas. El crecimiento arbóreo de LIC se puede observar en la Figura 1.
¿Qué es la fatiga ultravioleta?
Además del LIC inducido por el medio ambiente, los materiales utilizados en recubrimientos y sustratos son susceptibles a la degradación con el tiempo debido a procesos de fatiga óptica, incluso si la intensidad de la fuente de luz está por debajo del umbral de daño inducido por láser (LIDT).
El concepto de fatiga ultravioleta se puede comparar con la encuadernación de un libro. Incluso un uso ligero puede provocar desgaste. Los experimentos de fatiga UV realizados por Edmund Optics han demostrado que, en determinadas condiciones, como el vacío, la exposición al láser UV puede provocar efectos de fatiga UV. La diferencia entre la fatiga LIC y UV es que la LIC es un proceso acumulativo, mientras que la fatiga es el daño a la luz. material, causando decoloración u otros cambios intrínsecos que incluso pueden resultar en la eliminación del material.
Dos fenómenos que determinan las condiciones y mecanismos para una degradación significativa del rendimiento óptico se encuentran por debajo del umbral de daño de un solo pulso en el rango del láser de pulso corto.
El primer mecanismo se basa en cambios en el índice de refracción, produciendo un efecto de lente que aumenta la intensidad de la luz local sobre el elemento óptico.
El segundo mecanismo implica la formación de defectos fotoinducidos mediante la formación de excitones autoatrapados, lo que lleva a la acumulación de centros de absorción y la pérdida de eficacia óptica.
Tanto el LIC como la fatiga óptica pueden ocurrir, aunque en menor medida, en láseres en longitudes de onda visibles e infrarrojas. Sin embargo, la alta energía de los fotones ultravioleta hace que estos efectos sean más comunes en sistemas que emiten en este rango espectral.
¿Cómo proteger la óptica láser de los peligros del daño ultravioleta?
Una forma de proteger la óptica láser del daño de los rayos UV es utilizar recubrimientos protectores. Estos recubrimientos están diseñados para bloquear la penetración de la radiación ultravioleta y proteger contra sus efectos nocivos. Algunos de los recubrimientos más populares incluyen recubrimientos antirreflectantes (que reducen la cantidad de radiación UV que llega a la lente) y recubrimientos anti-UV (que bloquean completamente la radiación UV).
Otra forma de proteger la óptica láser del daño de los rayos UV es almacenarla adecuadamente. Cuando no estén en uso, las lentes deben mantenerse en un ambiente oscuro y alejado de la radiación ultravioleta. Además, las lentes deben almacenarse en un lugar limpio, seco y libre de residuos o humedad que puedan causar daños con el tiempo.
La limpieza regular también es importante para mantener la óptica láser en buenas condiciones y protegerla del daño de los rayos UV. La limpieza adecuada implica utilizar un paño suave o un cepillo para eliminar la suciedad o los residuos de la lente y luego lavarla suavemente con una solución limpiadora suave. Es importante evitar exponer la lente a productos químicos o disolventes agresivos que puedan causar daños irreparables.
En resumen, proteger la óptica láser del daño de los rayos UV es fundamental para mantener su rendimiento y extender su vida útil. Mediante el uso de revestimientos protectores, un almacenamiento adecuado y una limpieza periódica, la óptica láser puede permanecer en óptimas condiciones durante muchos años.