Detalles del Blog

I. Substratos de lentes ópticas: selección cuantitativa de los parámetros clave de rendimiento

El rendimiento del recubrimiento es inseparable de las propiedades del sustrato.y las propiedades mecánicas son también la base para si todo el componente puede soportar cargas de alta potenciaLa selección de un sustrato requiere una consideración cuantitativa de los siguientes parámetros fundamentales:

• Propiedades ópticas:El índice de refracción y el coeficiente de absorción son los puntos de partida para el diseño de la pila de recubrimiento y la evaluación de la carga térmica.10−3 cm−1) puede producir efectos térmicos significativos a alta potencia.

• - ¿ Qué?Propiedades termodinámicas:La conductividad térmica determina la tasa de disipación de calor, y el coeficiente de expansión térmica (CTE) afecta la magnitud del estrés térmico.El desajuste entre la CTE del sustrato y la capa de recubrimiento es una causa principal de fallo..

• - ¿ Qué?Propiedades mecánicas:La dureza y el módulo elástico afectan la dificultad de procesamiento y la durabilidad ambiental.

Vidrio de cuarzo

- ¿ Qué?Los materiales comunes de sustrato láser de alta potencia incluyen:

• Sílice fundido:El más utilizado, excelente rendimiento de UV a NIR, muy baja CTE, buena estabilidad térmica.

ZMSH Waferas de cuarzo fundido

• - ¿ Qué?Las especificaciones siguientes se aplican a los dispositivos de control de velocidad de los dispositivos de control de velocidad:Costo más bajo, a menudo utilizado en escenarios de potencia media a baja, pero conductividad térmica más pobre y CTE más alta.

- ¿ Qué?

ZMSH Hojas de vidrio de alto borosilicato

• Materiales cristalinos:Por ejemplo, el silicio (Si), el germanio (Ge) (para IR mediano a lejano), el zafiro (dureza extremadamente alta para ambientes extremos), CaF2/MgF2 (para UV profundo).

• Calculación de la lente térmica:Para un láser de onda continua de 100 W, 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.

• - ¿ Qué?Análisis del estrés térmico:La diferencia en CTE afecta directamente a la tensión térmica en la interfaz recubrimiento-substrato.

II. Indicadores cuantitativos de las necesidades de recubrimiento

1. Umbral de daño inducido por láser (LIDT):

• Norma de medición:Se ajusta a la norma ISO 21254.

• Niveles de rendimiento:

1. Capa de evaporación del haz E convencional: ~ 5-15 J/cm2 (pulso de nanosegundo, 1064nm)

2. Revestimiento de deposición asistida por iones (IAD): ~15-25 J/cm2

3. "Propulsores de energía" (p. ej., "pulsores de energía" o "pulsores de energía") que funcionen con una tensión de corriente de corriente de corriente de corriente de corriente de corriente de corriente de corriente.

• Desafío:Para los láseres de pulso de femtosegundos, el mecanismo de daño difiere; LIDT se expresa generalmente como densidad de potencia, que requiere niveles de cientos de GW / cm2 a TW / cm2.

2. Pérdidas de absorción y dispersión:

• Absorción:Los recubrimientos IBS de gama alta requieren una pérdida de absorción masiva < 5 ppm (0.0005%), y una pérdida de absorción superficial < 1 ppm.

• Dispersión:Se medirá utilizando la dispersorometría integrada, la dispersión total integrada (TIS) debe ser < 50 ppm.

3Precisión del rendimiento espectral:

• - ¿ Qué?Capa de alta reflexión (HR):Reflectancia R > 99,95% en longitud de onda central, el nivel superior requiere R > 99,99%. El ancho de banda Δλ debe cumplir con los valores de diseño (por ejemplo, ± 15nm para 1064nm del láser Nd: YAG).

• - ¿ Qué?El revestimiento antirreflejo (AR):Reflexión residual R < 0,1% (superficie única), el nivel superior requiere R < 0,05% ("super recubrimiento antirreflejo").Se requiere un 5% en un ancho de banda de cientos de nanómetros..

III. Procesos de recubrimiento y comparación de parámetros básicos

Comparación de los parámetros del proceso de recubrimiento:

• Seleccione el SII:Cuando los requisitos del sistema exigen LIDT > 25 J/cm2 y absorción < 10 ppm, el IBS es la única opción.

• Seleccione el IAD: Cuando el presupuesto es limitado pero se requiere LIDT en el rango de 15-20 J/cm2, el IAD es la solución más rentable.

• - ¿ Qué?Seleccione el haz E:Se utiliza principalmente para láseres de energía con requisitos de umbral de daño bajo o prototipos preliminares.

IV. Verificación cuantitativa del cumplimiento de los recubrimientos

- ¿ Qué?

1. Pruebas con LIDT (ISO 21254):

• Método:Utiliza un método 1 contra 1, irradiando varios sitios dentro del punto del haz de prueba, cada sitio sólo una vez.

• Análisis de datos:La curva de probabilidad de daño se ajusta mediante regresión lineal; el valor de densidad de energía correspondiente a la probabilidad de daño del 0% se define como el LIDT.

• - ¿ Qué?Tamaño del punto del haz: Por lo general 200-1000 μm, deben medirse con precisión para calcular la densidad de energía.

2. Medición de la absorción:

• - ¿ Qué?Calorimetría por láser:Mide directamente el aumento de temperatura de una muestra que absorbe energía láser.

• - ¿ Qué?Técnica de las lentes térmicas superficiales:Extremadamente alta sensibilidad, puede distinguir entre absorción a granel y absorción superficial.

Espectrofotómetro

3Rendimiento espectral:

• Espectrofotómetro:Se utilizará para medir la reflectividad/transmitancia (R/T) con una precisión de hasta ± 0,05%.

• - ¿ Qué?Interferómetro de luz blanca:Se utiliza para medir el grosor del revestimiento y la morfología de la superficie; la precisión de control del grosor puede alcanzar < 0,1%.

V. Descripción cuantitativa de los desafíos

1Mejora del campo eléctrico debido a defectos:Los defectos nodulares son el mayor asesino de LIDT. Un defecto nodular de 100 nm de altura puede causar un aumento local del campo eléctrico láser por un factor de 2-3 en comparación con el área normal.Dada la relación cuadrada inversa entre el umbral de daño y la intensidad del campo eléctrico, el LIDT en este punto cae a 1/4 a 1/9 del área normal.

2Cuantificación de los desafíos de gestión térmica:Suponiendo que un láser de onda continua de 10 kW sea reflejado por un espejo, incluso con una tasa de absorción de sólo 5 ppm, se absorberá 50 mW de potencia.crea un gradiente de temperatura (ΔT) dentro del componente óptico y la correspondiente deformación térmica (diferencia de trayectoria óptica)OPD se puede calcular como: OPD = (dn/dT + α(n-1)) * ΔT * t, donde dn/dT es el coeficiente termoóptico, α es el coeficiente de expansión térmica y t es el grosor.Esta deformación degrada gravemente la calidad del haz (aumenta el factor M2).

3Efectos no lineales de los láseres ultrarrápidos:El umbral de daño del láser de femtosegundo es proporcional a la raíz cuadrada del ancho del pulso (~√τ). Teóricamente, un recubrimiento con un LIDT de 40 J/cm2 bajo un pulso de 10 ns tendría un LIDT de aproximadamente 0.4 J/cm2 bajo un pulso de 100 fs (aunque el mecanismo real es más complejo, que implica la absorción de múltiples fotones).