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Laseroptik和ELI-ERIC合作研发高功率反射膜,镀膜反射镜

作者: 时间:2024-05-28

现在,高功率激光器的广泛应用推动了光学元件的需求,增加了光学元件的新挑战。供应和市场需求是工业激光器发展的共同驱动力,半导体制造和汽车等行业不断追求更高的精度和效率。对于光学元件的需求也决定了激光光学器件的性能规格,这些元件的制造商努力研究并生产能够提供越来越精细的产品、和一些更高功率处理和更高耐用性的光学元件。高功率和高能量使用的光学系统也展示了大量的行业知识,推动行业发展,追求更高的水平。

在生产高功率光学元件方面,三家欧盟资助机构之一的ELI-ERICLASEROPTIK共同合作,研究并开发高损伤阈值(LIDT)和其他功能的高功率反射膜和镀膜反射镜,用于高功率激光器等应用。以下简单讲述ELI-ERICLASEROPTIK合作的项目:


ELI-ERICLaseroptik合作,研究高损伤阈值反射镜:

激光的高输出功率对光学元件带来了新的挑战,例如:将光束引导至不同实验目标所需的光束传输反射镜,需要440×290mm2的反射镜来降低光学系统本身的流畅性。

对于新应用带来的新挑战,LASEROPTIK镀膜工程师和来自三家欧盟资助机构(EU-funded facilities)之一的ELI-ERIC的激光科学家为了防止大尺寸光学元件受到损坏,合作开发具有增进高损伤阈值(LIDT)和其他功能的光束传输反射镜(beam transport mirrors)。他们在LASEROPTIK GmbH公司建造了一个新型的大型溅射镀膜室,首先,在小尺寸光学元件上制造了几种设计策略,并在ELI-ERIC的专用损伤阈值(LIDT)测量设备上进行了测试。这个跨部门研究项目频频开展,主要是研究能够承受巨大能量输出而不损坏的单个光学元件,但这些目标仍处于一个瓶颈期,应对这一挑战还需要研究先进的材料和涂层、提高表面质量的制造技术以及先进的冷却技术。

如今,开发具有更高损伤阈值LIDT的高功率反射镜是一个广泛而活跃的领域,世界各地的研究小组正在开发新的设计策略,并对沉积技术的工艺参数进行评估,以进一步改进电介质层堆叠。因为电介质层堆叠会带来机械张力,使得这成为一项较大的挑战。根据所选择的镀膜技术,镀膜涂层应力可能是拉伸的或压缩的。因此,大型干涉仪提供了一种可靠的工具,用于测量表面平整度以及对人造光学元件波前的影响。如果涂层应力太高,可以采用几种策略来平衡涂层应力,例如,可以使用预先弯曲的基板,或者可以在背面沉积精心计算的应力补偿层。通常情况下,光学元件在633nm>300mm的孔径上,表面平整度需要小于λ/10,才能实现高能量应用的最佳性能。


LASEROPTIK GmbH 提供的用于沉积直径达550mm激光光学元件的大型离子束溅射镀膜机。


随着激光制造商能够大规模制造高能量系统,现在支持的商业应用也越来越多,越来越受欢迎。激光器变得越来越小,也更容易集成到其他系统中,为更多的激光器制造商和标准化的制造工艺带来了更好的成本结构。

损伤阈值LIDT

大型光学元件并非只与高能量应用相关,在许多实验和前沿研究工作中,向大型光学元件的转变表明,传统(较小)光学元件无法满足日益增长的超高激光功率的需求。在大多数工业应用中,高功率激光系统比较容易受到激光诱导的损伤,现有的光学元件技术仍有提高功率和能量的空间。

在工业、研究和国防行业,高功率光学元件面临光学涂层和热管理两个挑战,但高功率系统中的反射镜可以是平面的、凹面的或离轴抛物面的,由于一个组件的故障容易导致多个组件的损坏,因此损伤阈值LIDT是一个需要量化的关键参数。LIDT测试ISO标准的建立和定期更新有助于统一所需的测试类型,尽管如此,仍需要对现有标准进行实质性修订,以保证LIDT结果的一致性和可靠性。另外,在涂层设计和热管理中,多物理模拟通常是确保高能量光学系统适用于不同应用的第一步。


总结:

应用领域的扩大,严格的质量控制实践对于保持高标准的抗激光损伤能力至关重要,高功率反射镜等光学元件已然成为很多用户的需求,因此,对于损伤阈值LIDT这个参数在用户选型时是需要考虑的。德国Laseroptik一直专注于镀膜方面的研究,与ELI-ERIC齐心协力,在LASEROPTIK GmbH公司建了一个用于沉积直径达550mm激光光学元件的溅射镀膜室,研发高损伤阈值和其他功能的镀膜反射镜。另外,Laseroptik镀膜技术团队具备专业的知识和服务能力,能够各种镀膜产品,还可根据用户需求提供定制镀膜方案。


来源: Photonics Spectra, High-Power Lasers Open Applications and Drive Component Demand, MARIE FREEBODY, CONTRIBUTING EDITOR


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