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衍射光學元件的損傷阈值

作者:原創 時間:2018-08-25

       

 目前,衍射光學元件在高端激光加工設備中的應用越來越普遍,能夠現實極佳的光學加工效果。随着激光器技術的發展,平均功率和峰值功率越來越大,許多系統集成商和用戶擔心,衍射光學元件(DOE)可能無法承受這麼高的功率。因此,激光損傷阈值(LIDTLDTlaser induced damage threshold)的參數是選擇光學元件時重要的參數之一。

鏡片的損傷在不同波長下對應不同的機理,激光波長覆蓋了很寬的範圍(從紫外到遠紅外)和時間範圍(超快到持續波),下表列出了不同的激光對應不同的損傷原理。

超短脈沖

t <0.5 [ns]

納秒脈沖

0.5 [ns] <t <100 [ns]

連續波(CW

t> 1 [μs]

損傷類型

介電擊穿

介電擊穿

材料過熱,導緻化學降解

雪崩電離

·對于高脈沖重複率,可能會出現熱效應,類似于CW光束。

 

在實際應用中,有三個主要影響衍射光學元件損傷阈值的因素。

1)制造工藝 - 原材料和制造過程中的缺陷。

選擇具有高光學質量(表面質量20-10 Scratch-Dig或更好的熔融石英)的基片。整個制造過程在潔淨無塵的實驗室中,還會對每個元件進行缺陷檢查。

2)鍍膜層 - AR鍍膜層中的污染物。

使用具有高QA的離子輔助沉積(IAD)抗反射(AR)膜層。

3)使用 - 熱恢複期,元件的使用環境以及清潔和維護方式。

 

衍射光學元件DOE的激光損傷阈值測試(LASHARE EU project

實驗方法:在實際生産環境中(非潔淨室)用激光照射DOE8個不同位置,并持續增加每一束激光的功率,如果鏡片表面沒有損傷,則表示當前功率密度在損傷阈值之下,一旦出現打壞的情況則說明此時超過了損傷阈值。


測試流程:

波長

1030 [nm]

重複頻率

800 [kHz]

脈寬

6 [ps]

空間脈沖形狀

高斯光

時間脈沖形狀

高斯光

照射持續時間

30 [s]

照射位置P.

1, , 8

每個位置P的照射間隔

5 [s]

每個位置P之間的距離

~1 [mm]

焦點直徑 (表面)

70 [um]

重複實驗次數

5

用于測試的DOE參數:

材料:紫外熔融石英

表面質量:20-10 Scratch-Dig(或更好)

鍍膜性能:Ravg <0.2

DOE的鍍膜類型

這裡準備了三組不同的DOE進行測試,無增透膜、單面鍍膜(非衍射面)和雙面鍍增透膜。

 

測試結果:

激光照射後保存左圖的狀态則認為沒有明顯的損傷,而出現右圖變色或損壞的狀态則表明DOE被損傷。這種損傷有可能發生在平坦的區域或者光栅區域。

 

無增透膜

單側鍍膜

雙面鍍膜

未損傷

損傷

未損傷

損傷

未損傷

損傷

功率(平均值)[W]

57

58

62

64

53

54

能量密度)[J/cm2]

1.95

1.98

2.12

2.18

1.81

1.84

峰值功率密度 [GW/cm2]

1297

1320

1411

1457

1206

1229

每組産品都有一列未損傷的數值和損傷的數值,未損傷的數值表示在未檢測到DOE損傷的情況下測量的最高功率/能量值。損傷的數值列表示實驗過程中讓DOE産生損傷的功率值。

從這個表格可以看出DOE的損傷阈值大概在1200GW/cm2,是否鍍增透膜對損傷阈值的影響不大,未鍍增透膜的DOE實際上是純石英結構,用戶使用最多的鍍雙面增透膜DOE損傷阈值之比未鍍膜的DOE低不到10%

 

産品導航 : 光束整形器分束器多焦點DOE螺旋相位片多合一螺旋相位片随機點陣DOE20um線激光模組 微透鏡陣列工程散射片皮秒半導體激光器光斑分析儀位敏探測器自準直儀光束質量分析儀激光波長計太赫茲源太赫茲相機離軸抛物面鏡太赫茲波片太赫茲偏振片太赫茲衰減片太赫茲透鏡Chroma濾光片消色差波片激光防護眼鏡Zaber電控平移台UPD超快光電探測器太陽能模拟器

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