Abstract

In this paper, we describe a facility to study laser damage in plastics and present single- and multiple-shot bulk damage results obtained in commercial polymethylmethacrylate with 1.06-μm wavelength, 8-nsec FWHM, 45-μm spot diameter pulses. The measured single-shot peak fluence damage threshold is 41 J/cm2. Multiple-shot damage was studied at fluence levels as low as 6% of the single-shot damage threshold. Scattered collinear He–Ne laser light was found to be a very reliable indicator of damage, especially at the lower fluence levels. Histograms of damage statistics and 100× microscopy of the material after illumination with fewer than the critical numbers of pulses required for damage illustrate the cumulative nature of the damage process.

© 1984 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. R. M. O’Connell, T. T. Saito, Opt. Eng. 22, 393 (1983).
  2. A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, Sov. J. Quantum Electron. 10, 347 (1980).
    [CrossRef]
  3. S. K. Balitskas, E. K. Maldutis, Sov. J. Quantum Electron. 11, 541 (1981).
    [CrossRef]
  4. M. P. Felix, W. Nachbar, Appl. Phys. Lett. 25, 25 (1974).
    [CrossRef]
  5. D. Milam, Appl. Opt. 16, 1204 (1977).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. M. B. Agranat, N. P. Novikov, V. P. Perminov, P. A. Yampolskii, Sov. J. Quantum Electron. 6, 1240 (1976).
    [CrossRef]
  7. A. V. Butenin, B. Y. Kogan, Sov. J. Quantum Electron. 6, 611 (1976).
    [CrossRef]
  8. M. I. Aldoshin, B. G. Gerasimov, A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, Sov. J. Quantum Electron. 9, 1102 (1979).
    [CrossRef]
  9. J. J. Pollard, P. K. Earl, FJSRL-TM-83-0009 (May1983).
  10. R. W. Mullins, B. A. Richert, “Strehl Ratio Measurements of Laser Damaged Plastics,” presented at Fifteenth Annual Symposium on Optical Materials for High Power Lasers, Boulder, Colo.14–16 Nov. 1983.
  11. J. A. Arnaud, W. M. Hubbard, G. D. Mandeville, B. de la Claviere, E. A. Franke, J. M. Franke, Appl. Opt. 10, 2775 (1971).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. D. R. Skinner, R. E. Whitcher, J. Phys. E 5, 237 (1972).
    [CrossRef]
  13. M. Mauck, Appl. Opt. 18, 599 (1979).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. J. D. Gaskill, Linear Systems, Fourier Transforms, and Optics, (Wiley, New York, 1978), pp. 339–345.
  15. A. S. Bebchuk, D. A. Gromov, V. S. Nechitailo, Sov. J. Quantum Electron. 6, 986 (1976).
    [CrossRef]
  16. L. D. Merkle, M. Bass, R. T. Swimm, Opt. Eng. 22, 405 (1983).
    [CrossRef]
  17. A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, A. S. Tsaprilov, Izv. Akad. Nauk. USSR Ser. Fiz 46, 1200 (1982).
  18. K. M. Dyumaev, A. A. Manenkov, A. P. Maslyukov, G. A. Matyushin, V. S. Nechitailo, A. S. Tsaprilov, Sov. J. Quantum Electron. 12, 838 (1982).
    [CrossRef]
  19. M. I. Aldoshin, A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, V. I. Pogonin, Sov. Phys. Tech Phys. 49, 1412 (1979).
  20. M. B. Agranat, I. K. Krasyuk, N.P. Novikov, V. P. Perminov, Y. I. Yudin, P. A. Yampolskii, Sov. Phys. JETP 33, 944 (1971).
  21. D. W. Fradin, M. Bass, Appl. Phys. Lett. 22, 157 (1973).
    [CrossRef]
  22. G. M. Emelyanova, T. F. Ivanova, M. P. Votinov, V. M. Ovchinnikov, V. D. Piterkin, Z. A. Smirnova, Sov. Tech. Phys. Lett. 3, 280 (1977).
  23. S. B. Eronko, S. N. Zurkov, A. Chmel, Sov. Phys. Solid State 20, 2064 (1978).

1983 (2)

R. M. O’Connell, T. T. Saito, Opt. Eng. 22, 393 (1983).

L. D. Merkle, M. Bass, R. T. Swimm, Opt. Eng. 22, 405 (1983).
[CrossRef]

1982 (2)

A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, A. S. Tsaprilov, Izv. Akad. Nauk. USSR Ser. Fiz 46, 1200 (1982).

K. M. Dyumaev, A. A. Manenkov, A. P. Maslyukov, G. A. Matyushin, V. S. Nechitailo, A. S. Tsaprilov, Sov. J. Quantum Electron. 12, 838 (1982).
[CrossRef]

1981 (1)

S. K. Balitskas, E. K. Maldutis, Sov. J. Quantum Electron. 11, 541 (1981).
[CrossRef]

1980 (1)

A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, Sov. J. Quantum Electron. 10, 347 (1980).
[CrossRef]

1979 (3)

M. I. Aldoshin, B. G. Gerasimov, A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, Sov. J. Quantum Electron. 9, 1102 (1979).
[CrossRef]

M. I. Aldoshin, A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, V. I. Pogonin, Sov. Phys. Tech Phys. 49, 1412 (1979).

M. Mauck, Appl. Opt. 18, 599 (1979).
[CrossRef] [PubMed]

1978 (1)

S. B. Eronko, S. N. Zurkov, A. Chmel, Sov. Phys. Solid State 20, 2064 (1978).

1977 (2)

G. M. Emelyanova, T. F. Ivanova, M. P. Votinov, V. M. Ovchinnikov, V. D. Piterkin, Z. A. Smirnova, Sov. Tech. Phys. Lett. 3, 280 (1977).

D. Milam, Appl. Opt. 16, 1204 (1977).
[CrossRef] [PubMed]

1976 (3)

M. B. Agranat, N. P. Novikov, V. P. Perminov, P. A. Yampolskii, Sov. J. Quantum Electron. 6, 1240 (1976).
[CrossRef]

A. V. Butenin, B. Y. Kogan, Sov. J. Quantum Electron. 6, 611 (1976).
[CrossRef]

A. S. Bebchuk, D. A. Gromov, V. S. Nechitailo, Sov. J. Quantum Electron. 6, 986 (1976).
[CrossRef]

1974 (1)

M. P. Felix, W. Nachbar, Appl. Phys. Lett. 25, 25 (1974).
[CrossRef]

1973 (1)

D. W. Fradin, M. Bass, Appl. Phys. Lett. 22, 157 (1973).
[CrossRef]

1972 (1)

D. R. Skinner, R. E. Whitcher, J. Phys. E 5, 237 (1972).
[CrossRef]

1971 (2)

M. B. Agranat, I. K. Krasyuk, N.P. Novikov, V. P. Perminov, Y. I. Yudin, P. A. Yampolskii, Sov. Phys. JETP 33, 944 (1971).

J. A. Arnaud, W. M. Hubbard, G. D. Mandeville, B. de la Claviere, E. A. Franke, J. M. Franke, Appl. Opt. 10, 2775 (1971).
[CrossRef] [PubMed]

Agranat, M. B.

M. B. Agranat, N. P. Novikov, V. P. Perminov, P. A. Yampolskii, Sov. J. Quantum Electron. 6, 1240 (1976).
[CrossRef]

M. B. Agranat, I. K. Krasyuk, N.P. Novikov, V. P. Perminov, Y. I. Yudin, P. A. Yampolskii, Sov. Phys. JETP 33, 944 (1971).

Aldoshin, M. I.

M. I. Aldoshin, A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, V. I. Pogonin, Sov. Phys. Tech Phys. 49, 1412 (1979).

M. I. Aldoshin, B. G. Gerasimov, A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, Sov. J. Quantum Electron. 9, 1102 (1979).
[CrossRef]

Arnaud, J. A.

Balitskas, S. K.

S. K. Balitskas, E. K. Maldutis, Sov. J. Quantum Electron. 11, 541 (1981).
[CrossRef]

Bass, M.

L. D. Merkle, M. Bass, R. T. Swimm, Opt. Eng. 22, 405 (1983).
[CrossRef]

D. W. Fradin, M. Bass, Appl. Phys. Lett. 22, 157 (1973).
[CrossRef]

Bebchuk, A. S.

A. S. Bebchuk, D. A. Gromov, V. S. Nechitailo, Sov. J. Quantum Electron. 6, 986 (1976).
[CrossRef]

Butenin, A. V.

A. V. Butenin, B. Y. Kogan, Sov. J. Quantum Electron. 6, 611 (1976).
[CrossRef]

Chmel, A.

S. B. Eronko, S. N. Zurkov, A. Chmel, Sov. Phys. Solid State 20, 2064 (1978).

de la Claviere, B.

Dyumaev, K. M.

K. M. Dyumaev, A. A. Manenkov, A. P. Maslyukov, G. A. Matyushin, V. S. Nechitailo, A. S. Tsaprilov, Sov. J. Quantum Electron. 12, 838 (1982).
[CrossRef]

Earl, P. K.

J. J. Pollard, P. K. Earl, FJSRL-TM-83-0009 (May1983).

Emelyanova, G. M.

G. M. Emelyanova, T. F. Ivanova, M. P. Votinov, V. M. Ovchinnikov, V. D. Piterkin, Z. A. Smirnova, Sov. Tech. Phys. Lett. 3, 280 (1977).

Eronko, S. B.

S. B. Eronko, S. N. Zurkov, A. Chmel, Sov. Phys. Solid State 20, 2064 (1978).

Felix, M. P.

M. P. Felix, W. Nachbar, Appl. Phys. Lett. 25, 25 (1974).
[CrossRef]

Fradin, D. W.

D. W. Fradin, M. Bass, Appl. Phys. Lett. 22, 157 (1973).
[CrossRef]

Franke, E. A.

Franke, J. M.

Gaskill, J. D.

J. D. Gaskill, Linear Systems, Fourier Transforms, and Optics, (Wiley, New York, 1978), pp. 339–345.

Gerasimov, B. G.

M. I. Aldoshin, B. G. Gerasimov, A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, Sov. J. Quantum Electron. 9, 1102 (1979).
[CrossRef]

Gromov, D. A.

A. S. Bebchuk, D. A. Gromov, V. S. Nechitailo, Sov. J. Quantum Electron. 6, 986 (1976).
[CrossRef]

Hubbard, W. M.

Ivanova, T. F.

G. M. Emelyanova, T. F. Ivanova, M. P. Votinov, V. M. Ovchinnikov, V. D. Piterkin, Z. A. Smirnova, Sov. Tech. Phys. Lett. 3, 280 (1977).

Kogan, B. Y.

A. V. Butenin, B. Y. Kogan, Sov. J. Quantum Electron. 6, 611 (1976).
[CrossRef]

Krasyuk, I. K.

M. B. Agranat, I. K. Krasyuk, N.P. Novikov, V. P. Perminov, Y. I. Yudin, P. A. Yampolskii, Sov. Phys. JETP 33, 944 (1971).

Maldutis, E. K.

S. K. Balitskas, E. K. Maldutis, Sov. J. Quantum Electron. 11, 541 (1981).
[CrossRef]

Mandeville, G. D.

Manenkov, A. A.

K. M. Dyumaev, A. A. Manenkov, A. P. Maslyukov, G. A. Matyushin, V. S. Nechitailo, A. S. Tsaprilov, Sov. J. Quantum Electron. 12, 838 (1982).
[CrossRef]

A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, A. S. Tsaprilov, Izv. Akad. Nauk. USSR Ser. Fiz 46, 1200 (1982).

A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, Sov. J. Quantum Electron. 10, 347 (1980).
[CrossRef]

M. I. Aldoshin, B. G. Gerasimov, A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, Sov. J. Quantum Electron. 9, 1102 (1979).
[CrossRef]

M. I. Aldoshin, A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, V. I. Pogonin, Sov. Phys. Tech Phys. 49, 1412 (1979).

Maslyukov, A. P.

K. M. Dyumaev, A. A. Manenkov, A. P. Maslyukov, G. A. Matyushin, V. S. Nechitailo, A. S. Tsaprilov, Sov. J. Quantum Electron. 12, 838 (1982).
[CrossRef]

Matyushin, G. A.

K. M. Dyumaev, A. A. Manenkov, A. P. Maslyukov, G. A. Matyushin, V. S. Nechitailo, A. S. Tsaprilov, Sov. J. Quantum Electron. 12, 838 (1982).
[CrossRef]

Mauck, M.

Merkle, L. D.

L. D. Merkle, M. Bass, R. T. Swimm, Opt. Eng. 22, 405 (1983).
[CrossRef]

Milam, D.

Mullins, R. W.

R. W. Mullins, B. A. Richert, “Strehl Ratio Measurements of Laser Damaged Plastics,” presented at Fifteenth Annual Symposium on Optical Materials for High Power Lasers, Boulder, Colo.14–16 Nov. 1983.

Nachbar, W.

M. P. Felix, W. Nachbar, Appl. Phys. Lett. 25, 25 (1974).
[CrossRef]

Nechitailo, V. S.

K. M. Dyumaev, A. A. Manenkov, A. P. Maslyukov, G. A. Matyushin, V. S. Nechitailo, A. S. Tsaprilov, Sov. J. Quantum Electron. 12, 838 (1982).
[CrossRef]

A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, A. S. Tsaprilov, Izv. Akad. Nauk. USSR Ser. Fiz 46, 1200 (1982).

A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, Sov. J. Quantum Electron. 10, 347 (1980).
[CrossRef]

M. I. Aldoshin, B. G. Gerasimov, A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, Sov. J. Quantum Electron. 9, 1102 (1979).
[CrossRef]

M. I. Aldoshin, A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, V. I. Pogonin, Sov. Phys. Tech Phys. 49, 1412 (1979).

A. S. Bebchuk, D. A. Gromov, V. S. Nechitailo, Sov. J. Quantum Electron. 6, 986 (1976).
[CrossRef]

Novikov, N. P.

M. B. Agranat, N. P. Novikov, V. P. Perminov, P. A. Yampolskii, Sov. J. Quantum Electron. 6, 1240 (1976).
[CrossRef]

Novikov, N.P.

M. B. Agranat, I. K. Krasyuk, N.P. Novikov, V. P. Perminov, Y. I. Yudin, P. A. Yampolskii, Sov. Phys. JETP 33, 944 (1971).

O’Connell, R. M.

R. M. O’Connell, T. T. Saito, Opt. Eng. 22, 393 (1983).

Ovchinnikov, V. M.

G. M. Emelyanova, T. F. Ivanova, M. P. Votinov, V. M. Ovchinnikov, V. D. Piterkin, Z. A. Smirnova, Sov. Tech. Phys. Lett. 3, 280 (1977).

Perminov, V. P.

M. B. Agranat, N. P. Novikov, V. P. Perminov, P. A. Yampolskii, Sov. J. Quantum Electron. 6, 1240 (1976).
[CrossRef]

M. B. Agranat, I. K. Krasyuk, N.P. Novikov, V. P. Perminov, Y. I. Yudin, P. A. Yampolskii, Sov. Phys. JETP 33, 944 (1971).

Piterkin, V. D.

G. M. Emelyanova, T. F. Ivanova, M. P. Votinov, V. M. Ovchinnikov, V. D. Piterkin, Z. A. Smirnova, Sov. Tech. Phys. Lett. 3, 280 (1977).

Pogonin, V. I.

M. I. Aldoshin, A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, V. I. Pogonin, Sov. Phys. Tech Phys. 49, 1412 (1979).

Pollard, J. J.

J. J. Pollard, P. K. Earl, FJSRL-TM-83-0009 (May1983).

Richert, B. A.

R. W. Mullins, B. A. Richert, “Strehl Ratio Measurements of Laser Damaged Plastics,” presented at Fifteenth Annual Symposium on Optical Materials for High Power Lasers, Boulder, Colo.14–16 Nov. 1983.

Saito, T. T.

R. M. O’Connell, T. T. Saito, Opt. Eng. 22, 393 (1983).

Skinner, D. R.

D. R. Skinner, R. E. Whitcher, J. Phys. E 5, 237 (1972).
[CrossRef]

Smirnova, Z. A.

G. M. Emelyanova, T. F. Ivanova, M. P. Votinov, V. M. Ovchinnikov, V. D. Piterkin, Z. A. Smirnova, Sov. Tech. Phys. Lett. 3, 280 (1977).

Swimm, R. T.

L. D. Merkle, M. Bass, R. T. Swimm, Opt. Eng. 22, 405 (1983).
[CrossRef]

Tsaprilov, A. S.

A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, A. S. Tsaprilov, Izv. Akad. Nauk. USSR Ser. Fiz 46, 1200 (1982).

K. M. Dyumaev, A. A. Manenkov, A. P. Maslyukov, G. A. Matyushin, V. S. Nechitailo, A. S. Tsaprilov, Sov. J. Quantum Electron. 12, 838 (1982).
[CrossRef]

Votinov, M. P.

G. M. Emelyanova, T. F. Ivanova, M. P. Votinov, V. M. Ovchinnikov, V. D. Piterkin, Z. A. Smirnova, Sov. Tech. Phys. Lett. 3, 280 (1977).

Whitcher, R. E.

D. R. Skinner, R. E. Whitcher, J. Phys. E 5, 237 (1972).
[CrossRef]

Yampolskii, P. A.

M. B. Agranat, N. P. Novikov, V. P. Perminov, P. A. Yampolskii, Sov. J. Quantum Electron. 6, 1240 (1976).
[CrossRef]

M. B. Agranat, I. K. Krasyuk, N.P. Novikov, V. P. Perminov, Y. I. Yudin, P. A. Yampolskii, Sov. Phys. JETP 33, 944 (1971).

Yudin, Y. I.

M. B. Agranat, I. K. Krasyuk, N.P. Novikov, V. P. Perminov, Y. I. Yudin, P. A. Yampolskii, Sov. Phys. JETP 33, 944 (1971).

Zurkov, S. N.

S. B. Eronko, S. N. Zurkov, A. Chmel, Sov. Phys. Solid State 20, 2064 (1978).

Appl. Opt. (3)

Appl. Phys. Lett. (2)

M. P. Felix, W. Nachbar, Appl. Phys. Lett. 25, 25 (1974).
[CrossRef]

D. W. Fradin, M. Bass, Appl. Phys. Lett. 22, 157 (1973).
[CrossRef]

Izv. Akad. Nauk. USSR Ser. Fiz (1)

A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, A. S. Tsaprilov, Izv. Akad. Nauk. USSR Ser. Fiz 46, 1200 (1982).

J. Phys. E (1)

D. R. Skinner, R. E. Whitcher, J. Phys. E 5, 237 (1972).
[CrossRef]

Opt. Eng. (2)

R. M. O’Connell, T. T. Saito, Opt. Eng. 22, 393 (1983).

L. D. Merkle, M. Bass, R. T. Swimm, Opt. Eng. 22, 405 (1983).
[CrossRef]

Sov. J. Quantum Electron. (7)

K. M. Dyumaev, A. A. Manenkov, A. P. Maslyukov, G. A. Matyushin, V. S. Nechitailo, A. S. Tsaprilov, Sov. J. Quantum Electron. 12, 838 (1982).
[CrossRef]

A. S. Bebchuk, D. A. Gromov, V. S. Nechitailo, Sov. J. Quantum Electron. 6, 986 (1976).
[CrossRef]

A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, Sov. J. Quantum Electron. 10, 347 (1980).
[CrossRef]

S. K. Balitskas, E. K. Maldutis, Sov. J. Quantum Electron. 11, 541 (1981).
[CrossRef]

M. B. Agranat, N. P. Novikov, V. P. Perminov, P. A. Yampolskii, Sov. J. Quantum Electron. 6, 1240 (1976).
[CrossRef]

A. V. Butenin, B. Y. Kogan, Sov. J. Quantum Electron. 6, 611 (1976).
[CrossRef]

M. I. Aldoshin, B. G. Gerasimov, A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, Sov. J. Quantum Electron. 9, 1102 (1979).
[CrossRef]

Sov. Phys. JETP (1)

M. B. Agranat, I. K. Krasyuk, N.P. Novikov, V. P. Perminov, Y. I. Yudin, P. A. Yampolskii, Sov. Phys. JETP 33, 944 (1971).

Sov. Phys. Solid State (1)

S. B. Eronko, S. N. Zurkov, A. Chmel, Sov. Phys. Solid State 20, 2064 (1978).

Sov. Phys. Tech Phys. (1)

M. I. Aldoshin, A. A. Manenkov, V. S. Nechitailo, V. I. Pogonin, Sov. Phys. Tech Phys. 49, 1412 (1979).

Sov. Tech. Phys. Lett. (1)

G. M. Emelyanova, T. F. Ivanova, M. P. Votinov, V. M. Ovchinnikov, V. D. Piterkin, Z. A. Smirnova, Sov. Tech. Phys. Lett. 3, 280 (1977).

Other (3)

J. D. Gaskill, Linear Systems, Fourier Transforms, and Optics, (Wiley, New York, 1978), pp. 339–345.

J. J. Pollard, P. K. Earl, FJSRL-TM-83-0009 (May1983).

R. W. Mullins, B. A. Richert, “Strehl Ratio Measurements of Laser Damaged Plastics,” presented at Fifteenth Annual Symposium on Optical Materials for High Power Lasers, Boulder, Colo.14–16 Nov. 1983.

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (6)

Fig. 1
Fig. 1

FJSRL laser-damage facility: 1,2,6,12,13,15, turning mirrors; 3, rotatable polarizer/attenuator; 4, 1° wedge; 5, power meter; 7,10,14,16, lenses; 8, test sample; 9,18, photodiodes; 11,17, apertures; 19, screen.

Fig. 2
Fig. 2

Temporal shapes of two pulses from the 1.06-μm laser showing typical pulse-to-pulse variations.

Fig. 3
Fig. 3

Beam profile (solid) of focused Nd:YAG laser and Gaussian profile fit to its central lobe (dotted).

Fig. 4
Fig. 4

Results of the single-shot damage threshold measurement.

Fig. 5
Fig. 5

Average number of pulses, NCR required to cause damage as a function of the fraction of single-shot threshold fluence F/FTh.

Fig. 6
Fig. 6

Histograms of damage probability vs number of pulses: (A) F/FTh: 0.69, NCR = 9.7; (B) F/FTh = 0.47, NCR = 14.6; (C) F/FTh = 0.225, NCR = 29.2.

Tables (1)

Tables Icon

Table I Short Pulse, 106-μm Wavelength Single-Shot Bulk Damage Thresholds of PMMA and Various Silicate Glasses

Metrics