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DIN-Normenausschuss Feinmechanik und Optik (NAFuO)

Einführungsbeitrag

Optische Komponenten können durch Laserstrahlung von ausreichend hoher Energie- oder Leistungsdichte beschädigt werden. Bei jedem gegebenen Bestrahlungsniveau und jeder Betriebsart der Laserquelle ist die Wahrscheinlichkeit einer laserinduzierten Beschädigung für die Oberfläche einer Komponente gewöhnlich höher als für deren Festkörpermasse (en: bulk). Dementsprechend ist der Grenzwert für eine optische Komponente häufig durch die Zerstörschwelle (Beschädigungsgrenzwert) ihrer Oberfläche gegeben, die möglicherweise beschichtet ist, um die optischen Eigenschaften zu beeinflussen. Die Schädigung der Festkörpermasse wird beobachtet, wenn die elektrische Feldstärke in der Festkörpermasse der Komponente durch Selbstfokussierung, Interferenz, Streuung oder sonstige Effekte erhöht ist. Auch Unvollkommenheiten, zum Beispiel Einschlüsse, Versetzungen, Farbzentren oder Inhomogenitäten, können die Belastbarkeit der Festkörpermasse einer optischen Komponente verringern. Eine Beschädigung durch einzelne Laserpulse wird häufig durch Fehlstellen oder mechanische Spannung in der Beschichtung, Kontamination der Oberfläche oder optische Absorption hervorgerufen, die zu einer katastrophalen Erwärmung der Oberfläche führt. Beim multiplen Pulsbetrieb werden nicht nur reversible Mechanismen, hervorgerufen durch Aufheizung und Deformation, sondern auch durch Alterung, Mikroschädigung, Feuchtigkeitsschäden und Entstehung oder Ausbreitung von Mängeln ausgelöste irreversible Beschädigungsmechanismen beobachtet. Die verschiedenen Teile dieser Internationalen Norm beschäftigen sich mit der Bestimmung von irreversiblen Beschädigungen der optischen Oberflächen und Schädigung der Festkörpermasse einer optischen Komponente unter dem Einfluss eines Laserstrahls. In Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen ist die Beschädigung eine Funktion der Materialeigenschaften und der Laserparameter, besonders von Wellenlänge, Strahldurchmesser und Bestrahlungsdauer. Dieser Teil von ISO 21254 befasst sich mit den Grundlagen und allgemeinen Grundsätzen für die Messung von laserinduzierten Zerstörschwellen (LIDT; en: laser-induced damage threshold). Anhand der in ISO 21254-1, ISO 21254-2 und ISO 21254-3 beschriebenen Prüfgeräte und Messprotokolle werden in diesem Teil von ISO 21254 Abläufe für die Zerstörungsprüfung unter verschiedenen Bedingungen behandelt. Die Messverfahren für die Bestimmung der 1-auf-1 und der S-auf-1-Zerstörschwellen sind in ISO 21254-2 beschrieben. Die 1-auf-1-Prüfung ist ein Zerstörschwellen-Messverfahren, bei dem ein einziger Laserpuls auf jede unbestrahlte Stelle auf der Probenoberfläche aufgebracht wird. Im Gegensatz dazu beruht das S-auf-1-Messverfahren auf einer Serie von Pulsen mit konstanter Energiedichte, die auf jeden unbestrahlten Ort der Probenoberfläche aufgebracht werden. Diese Prüfung reflektiert die Einsatzbedingungen der Probe bei typischen Anwendungen, aber im Vergleich zum 1-auf-1-Messverfahren ist bei den S-auf-1-Prüfungen ein wesentlich höherer experimenteller Aufwand erforderlich. ISO 21254-3 konzentriert sich auf die Zertifizierung der Belastbarkeit von optischen Oberflächen hinsichtlich Laserleistung (-energie), bei denen die Prüfung bestandene Proben keine Schädigung erfahren haben. ISO/TR 21254-4 ist ein Technischer Bericht, der sich mit Verfahren für die Beschädigungsdetektion und Qualitätskontrolle von geprüften Oberflächen befasst und ISO 21254-1 vervollständigt. Für diese Norm ist das Gremium NA 027-01-18 AA "Laser" im Normenausschuss Feinmechanik und Optik im DIN zuständig.

Änderungsvermerk

Gegenüber DIN EN ISO 11254-1: 2000-11 und DIN EN ISO 11254-2: 2002-10 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) Zusammenführung der Begriffe und Grundsätze; b) Ausgliederung der 1-auf-1-Prüfung nach ISO 21254-2.

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Zuständiges nationales Arbeitsgremium

NA 027-01-18 AA - Laser und elektro-optische Systeme  

Zuständiges europäisches Arbeitsgremium

CEN/TC 123 - Laser und Photonik  

Zuständiges internationales Arbeitsgremium

ISO/TC 172/SC 9 - Laser und elektro-optische Systeme