簡(jiǎn)要描述:Layertec 飛秒激光光學(xué)元件飛秒激光光學(xué)系統(tǒng)的涂層通常針對(duì)特殊的反射率,透射率和GDD光譜進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用而言,此類(lèi)涂層的激光誘導(dǎo)損傷閾值(LIDT)不太重要。
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組件類(lèi)別 | 光學(xué)元件 | 應(yīng)用領(lǐng)域 | 醫(yī)療衛(wèi)生,環(huán)保,化工,電子,綜合 |
Layertec 飛秒激光光學(xué)元件
大功率飛秒激光光學(xué)
飛秒激光光學(xué)系統(tǒng)的涂層通常針對(duì)特殊的反射率,透射率和GDD光譜進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用而言,此類(lèi)涂層的激光誘導(dǎo)損傷閾值(LIDT)不太重要。盡管如此,高功率的fs激光器仍在研究之中,并且近年來(lái)fs激光器的輸出功率已大大提高(參見(jiàn)參考文獻(xiàn)1和其中的參考文獻(xiàn))。因此,fs激光光學(xué)器件的LIDT變得越來(lái)越重要。LAYERTEC對(duì)fs和ps激光器的光學(xué)LIDT進(jìn)行了詳細(xì)研究。如下表所示,我們發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)光學(xué),寬帶光學(xué)和超寬帶光學(xué)以及我們的高功率鏡的LIDT值存在很大差異。標(biāo)準(zhǔn)低GDD反射鏡的LIDT值為0.3J / cm2,而負(fù)GDD反射鏡,寬帶和超寬帶組件的LIDT約為0.1J / cm2。
我們的研究證明,飛秒激光光學(xué)器件的LIDT取決于涂層材料和涂層設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)低GDD組件和上述其他光學(xué)元件的LIDT值差異是由所使用的不同鍍膜設(shè)計(jì)導(dǎo)致的。尤其是寬帶和負(fù)GDD設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致較低的損壞閾值。只有標(biāo)準(zhǔn)的低GDD組件的設(shè)計(jì)才能達(dá)到更高的LIDT值。在所有這些情況下,均選擇具有高折射率對(duì)比度的材料以實(shí)現(xiàn)大帶寬。使用其他涂層材料可以實(shí)現(xiàn)更高的LIDT值。然而,由于這些折射率的對(duì)比度較低,因此由這些材料制成的反射鏡僅具有約80nm的帶寬。但是,該帶寬足以滿(mǎn)足低至150fs的脈沖長(zhǎng)度的要求。所有大功率設(shè)計(jì)均針對(duì)GDD <20fs2進(jìn)行了優(yōu)化。
我們由于不同的材料組合和設(shè)計(jì)而區(qū)分了不同的高功率設(shè)計(jì),這些材料組合和設(shè)計(jì)在制備涂層方面需要不同的努力,并且在機(jī)械性能方面也不同,例如層中的應(yīng)力。這些涂層的光譜帶寬幾乎相同。一個(gè)示例如圖1所示。
還發(fā)現(xiàn),LAYERTEC優(yōu)化的銀鏡的LIDT值高于fs范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)組件。銀鏡之所以具有優(yōu)勢(shì),是因?yàn)槠錁O寬的零GDD反射帶,在法向入射時(shí)的反射率高達(dá)98.5%。甚至具有規(guī)定透射率0.01%的銀鏡也顯示出比所有介電超寬帶組件更高的損傷閾值。有關(guān)銀鏡的更多信息,請(qǐng)參見(jiàn)此處。
1)E.Innerhofer,T.Südmeyer,F(xiàn).Brunner,R.Häring,A.Aschwanden和R.Paschotta,C.Hönninger和M.Kumkar,U.Keller,“在810fs脈沖中,平均輸出功率為60W 薄盤(pán)Yb:YAG激光器”,《光學(xué)信函》第28卷,第5期,第367–369頁(yè)
*與漢諾威激光Zentrum和耶拿大學(xué)Friedrich-Schiller大學(xué)合作。大部分工作是在德國(guó)聯(lián)合項(xiàng)目PRIMUS的框架內(nèi)完成的,該項(xiàng)目得到了聯(lián)邦技術(shù)與技術(shù)聯(lián)合會(huì)的支持。
介質(zhì)大功率鏡
圖1:高功率fs激光鏡HR(0°,800nm)R> 99.9%的反射光譜
飛秒激光光學(xué)元件的激光誘導(dǎo)損傷閾值概述
Coating | reflectance | LIDT [J/cm2] | ||
50 fs | 150 fs | 1 ps | ||
Bare gold | 97.5 % | 0.33 | 0.33 | |
Fs-protected silver | 98.5 % | 0.38 | 0.38 | |
Enhanced silver (800 nm) | 99.7 % | 0.37 | ||
Enhanced silver (600 – 1200 nm) | 98.5 % | 0.24 | ||
partially transparent silver (T(800 nm) = 0.01%) | 98.5 % | 0.22 | ||
Negative dispersion mirrors | > 99.9 % | ∼ 0.10 | ||
Broadband low GDD mirrors | > 99.9 % | ∼ 0.10 | ||
Standard low GDD mirrors | > 99.9 % | 0.30 | 0.55 | |
High power mirror type A | > 99.9 % | 0.35 | 0.44 | 0.65 |
High power mirror type B | > 99.8 % | 0.75 | 1.04 | |
Single wavelength AR coating | < 0.2 % | 1.20** | ||
Broadband AR coating | < 0.5 % | 1.20** |
*測(cè)量條件:30000個(gè)脈沖,重復(fù)率1kHz,λ= 800nm; 測(cè)量是根據(jù)ISO 11254在Laser Zentrum Hannover和Friedrich-Schiller-UniversitätJena進(jìn)行的
**自聚焦效果可能會(huì)在增透膜穩(wěn)定的同時(shí)破壞基材
金屬大功率鏡
圖2:裸金和經(jīng)fs優(yōu)化的銀的反射光譜(針對(duì)800nm處的高反射率進(jìn)行了優(yōu)化)
大功率飛秒激光鏡的GDD
圖3:標(biāo)準(zhǔn)和大功率介電鏡以及受fs保護(hù)的銀鏡的群時(shí)延色散(GDD)
低損耗光學(xué)元件的反射率和透射率的測(cè)定
低損耗光學(xué)組件的反射率值R> 99%和透射率值T> 99%可以通過(guò)腔衰蕩時(shí)間測(cè)量非常精確地測(cè)量。與在光譜儀中進(jìn)行測(cè)量相比,該方法具有三個(gè)主要優(yōu)點(diǎn):
Ø適用于非常高的反射率和透射率
Ø無(wú)法獲得比實(shí)際值高的測(cè)量值
Ø它具有很高的準(zhǔn)確性
Basic CRD Measurement Setup
基本CRD測(cè)量設(shè)置
Layertec隨附各種腔衰蕩系統(tǒng),通過(guò)這些系統(tǒng)可以穩(wěn)定地控制光學(xué)組件的質(zhì)量。 有關(guān)更多詳細(xì)信息,請(qǐng)參閱我們的目錄內(nèi)容“低損耗光學(xué)器件和腔衰蕩時(shí)間測(cè)量簡(jiǎn)介”。
您可以在此處下載我們的目錄。
相位優(yōu)化的fs-Laser寬帶鏡-CRD測(cè)量示例
低損耗鏡 - CRD測(cè)量示例
轉(zhuǎn)向鏡 - 寬帶CRD測(cè)量示例
薄膜偏振片- CRD測(cè)量示例
超寬帶飛秒激光光學(xué)器件(帶寬?1個(gè)八度音程)
此處顯示的涂層是針對(duì)一個(gè)八度的波長(zhǎng)(440 – 880 nm或550 – 1100 nm)計(jì)算的。對(duì)于中間波長(zhǎng)范圍,類(lèi)似的涂層也是可能的。
根據(jù)客戶(hù)要求,輸出耦合器和分束器的中心波長(zhǎng),帶寬,GDD和反射率
光譜公差為中心波長(zhǎng)的1%
LIDT ∼ 0.1 J/cm2
內(nèi)部設(shè)計(jì)計(jì)算和GDD測(cè)量功能
負(fù)色散激光鏡對(duì)
圖1:超寬帶負(fù)色散激光鏡對(duì)的反射率(a)和GDD(b)光譜
AYERTEC設(shè)計(jì)的反射鏡對(duì)顯示出非常平滑的平均GDD頻譜,盡管單個(gè)寬帶反射鏡表現(xiàn)出強(qiáng)烈的GDD振蕩。
負(fù)色散泵鏡對(duì)
圖2:超寬帶負(fù)色散泵浦反射鏡對(duì)的反射率(a)和GDD(b)光譜
超寬帶負(fù)色散轉(zhuǎn)向鏡對(duì)
圖3:超寬帶轉(zhuǎn)向鏡對(duì)p偏振光的反射率(a)和GDD(b)光譜
超寬帶輸出耦合器
圖4:R = 85±3%的超寬帶輸出耦合器的反射率(a)和GDD(b)光譜
超寬帶分束器
圖5:Rp = 50±4%的p偏振光的超寬帶分束器的反射率(a)和GDD(b)光譜
標(biāo)準(zhǔn)件
圖1:248nm轉(zhuǎn)向鏡(AOI = 45°)對(duì)隨機(jī)偏振光的反射和透射光譜
Ø氧化物涂層具有較高的機(jī)械穩(wěn)定性和較低的雜散光損耗
Ø激光鏡(在248nm處為> 99%,在308nm和351nm處R> 99.5%)
Ø高品質(zhì)的鏡面基板,熔融石英窗口片和鏡片
ØPR涂層的公差為
ر 2% for R = 10 ... 30%
ر 3% for R = 30 ... 75%
ر 2% for R = 75 ... 90% and
ر 1% for R > 90%
Ø開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)客戶(hù)特定的組件
圖2:可變衰減器在不同AOI下308nm處的透射光譜(a)和在308nm下AOI的透射率與AOI的透射率光譜圖(b); 透射率從AOI = 0°時(shí)的T> 85%變化到AOI = 45°時(shí)的T = 2±1%(非偏振光)
耐氟腔光學(xué)元件
圖3:氟化KrF激光鏡的反射光譜(a)和R = 50±3%的輸出耦合器(b)
Ø氟化物涂層和CaF2基材對(duì)氟和氯具有高穩(wěn)定性
Ø激光鏡(在248nm和308nm時(shí)R> 98%,在351nm時(shí)R> 96%)
ØCaF2的高品質(zhì)鏡面基板,窗戶(hù)和鏡片(肖特公司248nm受激準(zhǔn)分子級(jí)或紫外線品質(zhì))
ØPR涂層的公差為:
ر 2% for R = 10 ... 30%
ر 3% for R = 30 ... 75% and
ر 2% for R=75 ... >90%
KrF,XeCl和XeF激光組件的技術(shù)參數(shù)
Coating | Materials | Reflectance | Damage threshold* | Lifetime test |
HR (0°, 248nm) | oxides | > 99% | 10 J/cm2, 1 - on - 1,20ns 5 J/cm2, 1000 - on - 1 | |
HR (45°, 248nm) | oxides | > 99% (random pol.) | 10 J/cm2, 1 - on - 1,20ns | |
HR (0°, 248nm) | fluorides | R > 98% | 2x108 pulses** | |
PR (0°, 248nm) | fluorides | R = 50 ± 3% | 2x108 pulses** | |
PR (0°, 248nm) | fluorides | R < 0.25% | 2x108 pulses** | |
HR (0°, 308nm) | fluorides | R > 98% | 2x108 pulses*** | |
HR (0°, 351nm) | fluorides | R > 96% | 2x108 pulses*** | |
PR (0°, 351nm) | fluorides | R = 25 ± 3% | 2x108 pulses*** |
*在Laser LaborGöttingen和Friedrich-SchillerUniversitätJena進(jìn)行了測(cè)量
**能量密度:100mJ / cm 2, 速率:100Hz,脈沖持續(xù)時(shí)間:15ns; 在慕尼黑的COHERENT AG進(jìn)行測(cè)試
***能量密度:55 mJ / cm2, 速率:100Hz,脈沖持續(xù)時(shí)間:15ns; 在慕尼黑的COHERENT AG進(jìn)行測(cè)試
標(biāo)準(zhǔn)飛秒激光光學(xué)元件(帶寬約120 nm)
Ø此處顯示的涂層在600 nm至1000 nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的帶寬為120 – 150 nm。
Ø鏡子反射率非常高(R> 99.9 ... 99.97%)
Ø光譜公差為中心波長(zhǎng)的1%
Ø根據(jù)涂層設(shè)計(jì),LIDT = 0.1 ... 0.3 J / cm2
Ø內(nèi)部設(shè)計(jì)計(jì)算和GDD測(cè)量功能
Ø根據(jù)客戶(hù)要求定制中心波長(zhǎng),GDD和TOD
飛秒激光標(biāo)準(zhǔn)反射鏡
圖1:標(biāo)準(zhǔn)低色散飛秒激光鏡的反射率(a)和GDD(b)光譜
圖2:標(biāo)準(zhǔn)低色散車(chē)鏡的反射率(a)和GDD(b)光譜
圖3:標(biāo)準(zhǔn)低色散泵激光鏡的反射率(a)和GDD(b)光譜
負(fù)色散鏡
圖4:GDD = -40±10fs2的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)色散反射鏡的反射率(a)和GDD(b)光譜
輸出耦合器和光束分離器
圖5:幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)輸出耦合器的反射率(a)和GDD(b)光譜(GDD光譜是針對(duì)R = 98%計(jì)算得出的,但在所有反射率上都是相似的)
圖6:幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分束器的AOI = 45°和p偏振光的反射率(a)和GDD(b)光譜(計(jì)算出的GDD光譜的R = 50%,但在所有反射率下都相似)
Ø還提供用于s的光束分離器-偏振光
Ø輸出耦合器和分束器的反射率和透射率可根據(jù)客戶(hù)要求進(jìn)行調(diào)整
Ø公差:
ØR =10 … 70 % ± 2.5 %
ØR = 70 … 90 % ± 1.5 %
ØR = 90 … 95 % ± 0.75 %
ØR = 95 … 98 % ± 0.5 %
ØR > 98% ± 0.25 %
Ø標(biāo)準(zhǔn)增透膜:
ØAOI = 0°: R < 0.2 %
ØAOI = 45°, s - pol: R s < 0.5 %;
p - pol: rear side uncoated, Rp < 0.6 %
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