OPTICS应用案例系列
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20+86 (0755) 2967 5435 • 爱特蒙特光学 (深圳) 有限公司在如今的光学行业中,许多精密光学元件都使用镀膜,以改善针对特定波长或偏振状态的透射率或反射率。最常用的镀膜类型包括增透膜 (AR)、高反射膜(反射镜)、分光镜膜和滤光片膜。如需有关这些镀膜的详细信息,请查看光学镀膜简介. 随着技术与行业的发展,许多光学系统都开始依赖高功率 激光光源。虽然标准镀膜技术可以提供具有成本效益、能轻松复制的精确结果,但是标准镀膜的耐受力存在限制,尤其是在受到高强度照射时,更是如此。因此,通常需要使用专门的高功率光学镀膜。高功率光学镀膜可应用于多种光学元件,例如光学透镜, 反射镜, 窗口片, 光学滤光片, 偏振片, 分光镜和衍射光栅.考虑高功率光学系统的构成时,请务必注意,普遍适用的能量阈值是不存在的。许多制造商采用经验法则对强度水平下限进行估计,但是激光损伤阈值 (LIDT) 在很大程度上取决于应用。因此,对于高功率光学系统来说,损坏正在使用的任何一种镀膜都是极有可能的.如需了解高功率光学镀膜的复杂情况,请考虑其重要性、制造方法和测试程序。通过了解每项内容,可以挑选出适用于所执行应用的最佳optics 光学元件.高功率光学镀膜的重要性光学镀膜一般会限制高功率激光系统发挥其能力。例如,高功率光学镀膜最常见故障模式的原因,是镀膜内或在镀膜与基底或空气的接口处存在吸收区域。这些吸收区域通常以严重缺陷的形式出现,能够吸收激光 能量并产生热量,进而导致局部熔化或产生热应力因素。由这一机制所引发的故障通常是灾难性的。图 1a - 1d 展示了因流程控制不佳和存在镀膜缺陷而导致 LIDT 相对较低时产生镀膜故障的真实影像.另一方面,非灾难性镀膜故障的示例是等离子体烧毁,这源自镀膜上1 - 5μm 的未氧化金属结节。有趣的是,有些制造商会故意进行等离子体烧毁,以消除这些缺陷结节.不论损伤属于哪种类型,镀膜故障都会为传输的波前带来无法挽回的不良影响。这会对系统性能产生显著影响,在更换受损的光学元件时也会付出昂贵代价。出于上述显而易见的原因,对于光学设计师而言,了解将与系统中的镀膜元件搭配使用的光源至关重要.高功率光学镀膜的制造基底准备在抛光或清洁后的任何有机或颗粒残留物都可能吸收 激光 能量,因此会成为潜在的受损区域。因此,基底和镀膜的界面是实现高损伤阈值的关键区域。所以,制作高功率光学镀膜需要对生产的每个方面(从最初的基底制造到最终的封装)进行严格控制。在光学元件进入镀膜室之前,必须确保其表面质量及表面下质量和清洁度.与高功率光学镀膜搭配使用的基底必须具有高质量。对于折射性或透射性光学元件 而言,这一点尤其重要,这些基底必须在相关波长区域展示出极低的内在吸收能力。如需最大限度增加透射,基底的表面质量缺陷必须尽可能少,这一点非常重要,因为这些缺陷在照射期间会成为潜在的受损区域。表面质量的指定依据是划痕与坑点值(划痕值以 .001mm 为单位,坑点值以 .01mm 为单位)。高功率激光光学元件通常要求表面的划痕坑点值低于 20-10 或 10-5.此外,基底不得具有表面下缺陷。通过在清洁和镀膜前采用适当的加工、研磨和抛光方法,可以避免产生表面下缺陷。第一步是开始使用足够大的空白基底,以便能执行所需的所有基底消除操作。在加工时,镀膜技术人员会仔细选择适当的刀具进给、刀具速度以及冷却液流,以减少表面下应力和损伤。随后,以逐渐递减的步长完成研磨,以产生经过更严格控制的表面。最后,通过抛光消除大约 0.01 - 0.03mm 的缺陷,该方法用于消除由之前的步骤产生的表面下损伤.清洁程度洁净的镀膜室、适当的薄膜材料选择以及良好的流程参数控制也必不可少。在沉积之后,镀膜技术人员必须仔细控制污染,污染可能会导致形成产生故障的吸收区域。因此,在装配阶段也需要采用一丝不苟的清洁程序,通常会在严格的无尘室工作条件下进行这项清洁流程.对有机或颗粒残留物的这种敏感性为镀膜技术人员带来了非常真实的挑战,凸显出全面清洁流程的重要性。若要在对要镀膜的光学元件进行清洁后最大限度降低再次污染的风险,无尘室必不可少。在最后的清洁流程中进行手动清洁时,多数制造商都会使用不含硅酮成分的无绒擦布。此外,他们还使用纯度极高的溶剂(通常是甲醇、异丙醇、丙酮)。超声波清洁是另一种有用的工具,它在去除残留的抛光剂时比手动清洁更有效(也更不容易出错).典型的多阶段手动流程包括使用氨溶液进行表面活性剂清洗和多项擦拭,然后采用牵引擦拭技术。该牵引擦拭阶段会产生很高的剪切力,从而消除材料表面上的任何残留污染物.图 1a: 在使用 11.77 J/cm2的20ns 脉冲(光源波长为 1064nm)时因流程控制不佳而产生的镀膜故障图 1c: 在使用14.3 J/cm2 的20ns 脉冲(光源波长为 1064nm)时因流程控制不佳而产生的镀膜故障图 1b: 在使用12.92 J/cm2 的20ns 脉冲(光源波长为 1064nm)时因流程控制不佳而产生的镀膜故障图 1d: 在使用 73.3 J/cm2的光源时因镀膜缺陷而产生的镀膜故障高功率光学镀膜的复杂情况

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