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I. Substrats de lentilles optiques: sélection quantitative des principaux paramètres de performance

Les performances du revêtement sont inséparables des propriétés du substrat. Le substrat détermine non seulement le point de départ du revêtement, mais aussi ses caractéristiques thermodynamiques, optiques,et les propriétés mécaniques sont également la base pour savoir si l'ensemble du composant peut résister à des charges de grande puissanceLa sélection d'un substrat nécessite une prise en compte quantitative des paramètres de base suivants:

• Propriétés optiques:L'indice de réfraction et le coefficient d'absorption sont les points de départ pour la conception de la pile de revêtement et l'évaluation de la charge thermique.10−3 cm−1) peut produire des effets thermiques significatifs à haute puissance.

• Je suis désolée.Propriétés thermodynamiques:La conductivité thermique détermine le taux de dissipation thermique et le coefficient d'expansion thermique (CTE) affecte l'ampleur du stress thermique.Le décalage entre le CTE du substrat et la couche de revêtement est une cause principale de défaillance..

• Je suis désolée.Propriétés mécaniques:La dureté et le module d'élasticité affectent la difficulté de traitement et la durabilité environnementale.

Vitres au quartz

Je suis désolée.Les matériaux de substrat laser à haute puissance courants comprennent:

• Silice fusionnée:Le plus utilisé, excellente performance de UV à NIR, très faible CTE, bonne stabilité thermique.

ZMSH Waffles de quartz fondu

• Je suis désolée."Télécommunications" pour les appareils de télécommunications électroniques, y compris les appareils de télécommunications électroniques:Moins coûteux, souvent utilisé dans les scénarios de puissance moyenne à faible, mais moins conducteur thermique et CTE plus élevé.

Je suis désolée.

ZMSH Waffles en verre à haute teneur en borosilicate

• Matériaux cristallins:Par exemple, le silicium (Si), le germanium (Ge) (pour les IR moyen à lointain), le saphir (dureté extrêmement élevée pour les environnements extrêmes), le CaF2/MgF2 (pour les UV profonds).

• Calcul de lentille thermique:Pour un laser à ondes continues 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.

• Je suis désolée.Analyse de la contrainte thermique:La différence de CTE affecte directement la contrainte thermique à l'interface revêtement-substrate. Le déséquilibre de CTE est la principale cause de fissuration ou de délamination du revêtement en cas de cycle thermique à haute puissance.

II. Indicateurs quantitatifs des besoins en revêtements

1. seuil de dommages induits par laser (LIDT):

• Norme de mesure:Il est conforme à la norme ISO 21254.

• Niveaux de performance:

1. Couche conventionnelle d'évaporation du faisceau E: ~ 5 à 15 J/cm2 (impulsion de nanoseconde, 1064 nm)

2. Couche de dépôt assisté par ions (IAD): ~15-25 J/cm2

3. "Propulseurs de détecteurs de gaz" sont des systèmes de détecteurs de gaz utilisés pour la production de détecteurs de gaz.

• Le défi:Pour les lasers à impulsion femtoseconde, le mécanisme de dommages diffère; LIDT est généralement exprimé en densité de puissance, nécessitant des niveaux de centaines de GW/cm2 à TW/cm2.

Les pertes d'absorption et de dispersion:

• Absorption:Les revêtements IBS haut de gamme nécessitent une perte d'absorption de masse < 5 ppm (0.0005%), une perte d'absorption de surface < 1 ppm.

• Dispersion:Mesurée à l'aide de la scatterométrie intégrée, la dispersion intégrée totale (TIS) doit être inférieure à 50 ppm.

3- Précision des performances spectrales:

• Je suis désolée.un revêtement à haute réflectivité (HR):Réflectance R > 99,95% à la longueur d'onde centrale, le niveau supérieur nécessite R > 99,99%.

• Je suis désolée.un revêtement anti-réflexion (AR):Pour les revêtements AR à large bande utilisés dans les applications laser ultra rapides, R < 0.5% sont nécessaires sur une bande passante de centaines de nanomètres.

III. Processus de revêtement et comparaison des paramètres de base

Comparaison des paramètres du procédé de revêtement:

• Sélectionnez IBS:Lorsque les exigences du système exigent une LIDT > 25 J/cm2 et une absorption < 10 ppm, le SII est le seul choix.

• Sélectionnez IAD:Lorsque le budget est limité, mais que la LIDT dans la plage de 15-20 J/cm2 est requise, l'IAD est la solution la plus rentable.

• Je suis désolée.Choisissez le faisceau E:Principalement utilisé pour les lasers à énergie avec des exigences de seuil de dommages bas ou de prototypage préliminaire.

IV. Vérification quantitative de la conformité des revêtements

Je suis désolée.

1. Épreuves de détection de la lumière (ISO 21254):

• Méthode:Utilise une méthode 1 contre 1, irradiant plusieurs sites à l'intérieur du point de rayon d'essai, chaque site une seule fois.

• Analyse des donnéesLa courbe de probabilité de dommage est ajustée par régression linéaire; la valeur de densité d'énergie correspondant à 0% de probabilité de dommage est définie comme la LIDT.

• Je suis désolée.Taille du point de rayon: En règle générale, 200 à 1000 μm doivent être mesurés avec précision pour calculer la densité d'énergie.

2. Mesure de l'absorption:

• Je suis désolée.Calorimétrie au laser:Mesure directement la hausse de température d'un échantillon absorbant l'énergie laser.

• Je suis désolée.Technique de lentille thermique de surface:Extrêmement sensible, peut distinguer entre l'absorption en vrac et la surface.

Spéctrophotomètre

3Performance spectrale:

• Le spectrophotomètre:Une précision allant jusqu'à ± 0,05%, utilisée pour mesurer la réflectance/transmittance (R/T).

• Je suis désolée.Interféromètre de lumière blanche:Utilisé pour mesurer l'épaisseur du revêtement et la morphologie de la surface; la précision du contrôle de l'épaisseur peut atteindre < 0,1%.

V. Description quantitative des défis

1Amélioration du champ électrique dû à des défauts:Un défaut nodular de 100 nm de hauteur peut entraîner une augmentation locale du champ électrique laser d'un facteur 2-3 par rapport à la zone normale.Compte tenu de la relation carrée inverse entre le seuil de dommages et l'intensité du champ électrique, le LIDT à ce stade tombe à 1/4 à 1/9 de la zone normale.

2Quantification des défis de la gestion thermique:En supposant qu'un laser à ondes continues de 10 kW soit réfléchi par un miroir, même avec un taux d'absorption de seulement 5 ppm, 50 mW de puissance seront absorbés.Il crée un gradient de température (ΔT) dans le composant optique et une déformation thermique correspondante (différence de trajectoire optique)L'OPD peut être calculé comme suit: OPD = (dn/dT + α(n-1)) * ΔT * t, où dn/dT est le coefficient thermo-optique, α est le coefficient de dilatation thermique et t est l'épaisseur.Cette déformation dégrade gravement la qualité du faisceau (augmente le facteur M2).

3Les effets non linéaires des lasers ultra rapides:Le seuil de dommages du laser femtoseconde est proportionnel à la racine carrée de la largeur de l'impulsion (~√τ)..4 J/cm2 sous une impulsion de 100 fs (bien que le mécanisme réel soit plus complexe, impliquant l'absorption multiphotonique).