I. Субстраты оптических линз: количественный выбор ключевых параметров производительности

Продуктивность покрытия неотделима от свойств подложки.и механические свойства также являются основой того, может ли весь компонент выдерживать высокомощные нагрузкиВыбор субстрата требует количественного рассмотрения следующих основных параметров:

• Оптические свойства:Индекс преломления и коэффициент абсорбции являются отправной точкой для проектирования слоя покрытия и оценки тепловой нагрузки.10−3 см−1) может производить значительные тепловые эффекты при высокой мощности.

• - Что?Термодинамические свойства:Теплопроводность определяет скорость рассеивания тепла, а коэффициент теплового расширения (CTE) влияет на величину теплового напряжения.Несоответствие между CTE субстрата и слоем покрытия является основной причиной отказа.

• - Что?Механические свойства:Твердость и модуль эластичности влияют на сложность обработки и экологическую долговечность.

Кварцевое стекло

- Что?Среди распространенных материалов для высокомощной лазерной подложки:

• Сплавленный кремний:Наиболее широко используемый, отличная производительность от УФ до НИР, очень низкий CTE, хорошая тепловая устойчивость.

ZMSH Пластинки из расплавленного кварца

• - Что?Боросиликатное стекло (например, BK7):Более низкая стоимость, часто используемая в сценариях средней и низкой мощности, но более низкая теплопроводность и более высокая CTE.

- Что?

ZMSH Стеклянные пластины с высоким содержанием боросиликата

• Кристаллические материалы:Такие, как Кремний (Si), Германий (Ge) (для среднего и дальнего IR), Сапфир (чрезвычайно высокая твердость для экстремальных условий), CaF2/MgF2 (для глубоких УФ).

• Расчет тепловой линзы:Для 100 Вт непрерывного лазера, the thermal distortion generated in a BK7 substrate with an absorption coefficient of 1×10⁻³ cm⁻¹ can be several times greater than in a fused silica substrate with an absorption coefficient of 5×10⁻⁴ cm⁻¹.

• - Что?Анализ теплового напряжения:Разница в CTE напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения напряжения.

II. Количественные показатели требований к покрытию

1Предельный уровень повреждений, вызванных лазером (LIDT):

• Стандарт измерений:Следует стандарту ISO 21254.

• Уровни производительности:

1. Обычное покрытие испарения E-beam: ~5-15 J/cm2 (наносекундный импульс, 1064nm)

2. Покрытие с помощью ионного осаждения (IAD): ~15-25 J/cm2

3. Покрытие для разбрызгивания ионного луча (IBS): > 30 J/cm2, процессы верхнего уровня могут превышать 50 J/cm2.

• Проблема:Для фемтосекундных импульсных лазеров механизм повреждения отличается; LIDT обычно выражается как плотность мощности, требующая уровней от сотен ГВт/см2 до ТВт/см2.

2. Потери поглощения и рассеивания:

• Поглощение:Измеряется с помощью лазерной калориметрии. Покрытия IBS высокого класса требуют потери поглощения < 5 ppm (0.0005%), потери поглощения поверхности < 1 ppm.

• Рассеивание:Измеряется с использованием интегрированной дисперсометрии.

3Точность спектральной производительности:

• - Что?Покрытие с высоким уровнем отражения (HR):Отражательность R > 99,95% при центральной длине волны, верхний уровень требует R > 99,99%.

• - Что?Противоотражающее покрытие:Остатковая отражательная способность R < 0,1% (одной поверхности), верхний уровень требует R < 0,05% ("супер антиотражательное покрытие").5% требуется на пропускной способности в сотни нанометров.

III. Процессы покрытия и сравнение основных параметров

Сравнение параметров процесса покрытия:
 

• Выберите IBS:Если требования к системе требуют LIDT > 25 J/cm2 и абсорбции < 10 ppm, единственным выбором является IBS.

• Выберите IAD: Когда бюджет ограничен, но требуется LIDT в диапазоне 15-20 J/cm2, IAD является наиболее экономически эффективным решением.

• - Что?Выберите E-beam:В основном используется для энергетических лазеров с низкими требованиями порога повреждения или предварительного прототипирования.

IV. Количественная проверка соответствия покрытий

- Что?

1. Испытания LIDT (ISO 21254):

• Метод:Использует метод 1 на 1, облучение нескольких мест в месте испытания луча, каждый сайт только один раз.

• Анализ данных:Кривая вероятности повреждения устанавливается с помощью линейной регрессии; значение плотности энергии, соответствующее 0% вероятности повреждения, определяется как LIDT.

• - Что?Размер точки луча:Обычно 200-1000 мкм, должны быть точно измерены для расчета плотности энергии.

Измерение поглощения:

• - Что?Лазерная калориметрия:Прямо измеряет повышение температуры образца, поглощающего лазерную энергию.

• - Что?Техника поверхностных теплых линз:Чрезвычайно высокая чувствительность, может различать массовое и поверхностное поглощение.

Спектрофотометр

3Спектральная производительность:

• Спектрофотометр:Точность до ± 0,05%, используемая для измерения отражательности/проницаемости (R/T).

• - Что?Интерферометр белого света:Используется для измерения толщины покрытия и морфологии поверхности; точность контроля толщины может достигать < 0,1%.

V. Количественное описание проблем

1Усиление электрического поля из-за дефектов:Гнуточные дефекты являются крупнейшим убийцей LIDT. Гнуточный дефект высотой 100 нм может вызвать локальное усиление лазерного электрического поля в 2-3 раза по сравнению с нормальной областью.Учитывая обратную квадратную связь между порогом повреждения и мощностью электрического поля, LIDT в этот момент падает до 1/4 до 1/9 от нормальной области.

2Количественное определение проблем теплового управления:Предположим, что 10 кВт непрерывной волны лазера отражается в зеркале, даже при скорости поглощения всего 5 ppm, 50 мВт мощности будет поглощено.создает температурный градиент (ΔT) внутри оптического компонента и соответствующую тепловую деформацию (отличие оптического пути)OPD можно рассчитать как: OPD = (dn/dT + α(n-1)) * ΔT * t, где dn/dT - термооптический коэффициент, α - коэффициент теплового расширения, а t - толщина.Эта деформация серьезно ухудшает качество луча (увеличивает фактор M2).

3Нелинейные эффекты ультрабыстрых лазеров:Фемтосекундный порог повреждения лазера пропорционален квадратному корню ширины импульса (~√τ)..4 J/cm2 при импульсе 100 fs (хотя фактический механизм более сложный, включающий многофотонную абсорбцию).

- Что?

4Контроль единообразия для компонентов с большим диафрагмой: Для подложки диаметром > 500 мм обеспечение однородности толщины покрытия в пределах ±0,1% представляет собой крайние проблемы для расположения источников распыливания,и однородность полей давления и температуры в вакуумной камере.

Высокомощное лазерное покрытие превратилось из искусства в точную науку данных.и каждый прорыв в J/cm2 в LIDT построен на глубоком понимании его физических механизмовВ будущем, когда мощность и энергия лазера будут двигаться к уровню эксават (EW),требования к технологии покрытия приблизятся к абсолютным пределам физики материалов, что требует междисциплинарных инноваций для определения стандартов для следующего поколения технических параметров.

Заключение

ZMSH, обладающая десятилетним опытом в секторе оптических материалов, использует зрелую интегрированную промышленно-торговую систему в качестве своей основной силы.Компания специализируется на точном настройке и обработке высококачественных полупроводниковых материалов, включая высокочистый сапфир, карбид кремния (SiC) и расплавленный кремний.

Мы обладаем глубоким пониманием чрезвычайных требований, которые высокопроизводительные лазерные системы предъявляют к оптическим компонентам, особенно с точки зрения порога повреждения, вызванного лазером (LIDT),тепловая устойчивостьЭтот опыт позволяет нам глубоко интегрировать свойства материалов с передовыми технологиями покрытия, такими как Ion Beam Sputtering (IBS),предоставление полных цепочек решений для наших клиентов от выбора субстрата и проектирования системы покрытия до высокоточного производства.

Наша приверженность гарантирует, что каждый компонент поддерживает надежную производительность при экстремальных оптических, тепловых и механических нагрузках,в конечном счете, позволяя лазерным системам расширять границы мощности и стабильности.