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为什么超快激光器在损伤光学器件方面如此"超快"?
材料来源:波量科技           录入时间:2024/5/14 21:30:42

不同损伤破坏类别的表面形貌

了解为什么超快激光器对光学器件的破坏如此之大,以及OPTOMAN如何应对这一挑战。OPTOMAN团队优化了涂层设计、参数和工艺,以减少变色损伤,使s极化组件的吸收水平低至~1 ppm,p极化组件的吸收水平低至~2 ppm。

为什么超快激光器在损伤光学部件方面如此"超快"?OPTOMAN团队的主要激励口号是对蜘蛛侠的本·帕克(Uncle Ben)叔叔的名言的一种巧妙改编:"能力[激光能量]越大,责任越大[对于涂层工程师]"。这不仅展示了我们OPTOMAN的极客精神,也推动了我们制造出能够抵抗激光功率不断增加和脉冲时间减少的光学组件。这促使OPTOMAN非常认真地对待创新。

那么,为什么超快激光器在破坏光学器件方面如此超快呢?虽然在谈论飞秒和皮秒光学器件时,高激光诱导损伤阈值 (LIDT) 是一个流行语,但重要的不仅仅是标称 LIDT 值。激光损伤是一种复杂的现象,虽然结果是相同的——光学元件被毁坏,不适合进一步使用,有不同的激光损伤类型和机理。谈论超快光学器件的主要内容是灾难性的损坏和颜色变化。灾难性损伤会导致光散射,而颜色变化会影响激光脉冲形状和时间特性。

LIDT

LIDT测试在分辨损伤类型时可能不够准确,因为仅用少量脉冲进行的测试可能无法揭示损伤类型的分界。颜色变化只有在一定数量的脉冲后才明显,因此重现实际应用场景对于理解超快光学的真实阈值非常重要。通过使用大量脉冲测量标准光学器件,可以明显区分灾难性损伤和颜色变化这两种激光损伤模式。

市场标准反射镜(非OPTOMAN产品)的LIDT测量 (LIDT>0.4J/CM2,在10^5个脉冲数时)

b) 市场标准高功率反射镜(非OPTOMAN产品)的LIDT测量 (LIDT>0.3J/CM2,在10^5个脉冲数时)

上图a)和b)中显示的测量结果表明,随着脉冲数量的增加,这两种类型的损伤都更有可能发生,并且与灾难性损伤相比,变色损伤发生在较低的通量值下。也可以看出,变色是长时间辐射(>103脉冲)后的主要损伤机制,特别是对于高功率反射镜。当脉冲数高达10^5时,市场标准反射镜的通量降至0.4J/CM²,高功率市场标准反射镜的通量甚至降至0.3J/CM²。这可以通过导致涂层降解的光学疲劳效应来解释。

标准反射镜和高功率反射镜的区别在于镀膜材料的选择。通过选择具有更高带隙的镀膜材料,可以有效地提高灾难性损坏阈值。然而,在超短脉冲持续时间达到或低于10 ps的情况下,变色效应仍然存在。因此,变色效应是超快应用的头号敌人,也是器件损伤阈值的主要限制因素,必须消除变色效应以延长光学器件的使用寿命并降低使用成本。这意味着我们必须找到一种方法来消除这种变色效应,以便更好地利用反射镜在超快应用中的性能。

降低吸收影响

众所周知,吸收是激光损伤的主要原因。然而,我们注意到,涂层降解引起的颜色变化对吸收变化的敏感度高于灾难性损伤,灾难性损伤主要取决于材料的带隙(考虑到涂层没有吸收缺陷)。即使是最轻微的吸收改善,也可以显着降低疲劳效应和降解过程。OPTOMAN接受了挑战,致力于消除颜色变化效应,通过一系列的研发努力,优化了涂层设计、涂层参数以及涂层前后的处理过程。最终,OPTOMAN成功将涂层吸收降至s偏振分量约1 ppm和p偏振分量约2 ppm。这表明即使是最轻微的吸收改善也能显著减轻疲劳效应和退化过程,突破了激光损伤主要由吸收引起的常规认知。

HR镜的纵向光热吸收测量

OPTOMAN成功开发了一款专门针对超快激光应用优化的产品——SuperHero Power Mirrors,这些镜子不会出现颜色变化损伤。这些镜子的激光诱导损伤阈值(LIDT)完全由灾难性损伤值定义,而这些值也得到了提升,高于市场上标准的高功率镜子。

SuperHero Power Mirrors 的 LIDT 测量值

转自:波量科技

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