Ι. Υποστρώματα οπτικών φακών: ποσοτική επιλογή βασικών παραμέτρων απόδοσης

Η απόδοση της επικάλυψης είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με τις ιδιότητες του υποστρώματος.και οι μηχανικές ιδιότητες είναι επίσης η βάση για το αν ολόκληρο το στοιχείο μπορεί να αντέξει φορτία υψηλής ισχύοςΗ επιλογή υποστρώματος απαιτεί ποσοτική εξέταση των ακόλουθων βασικών παραμέτρων:

• Οπτικές ιδιότητες:Ο δείκτης κάμψης και ο συντελεστής απορρόφησης αποτελούν τα σημεία εκκίνησης για τον σχεδιασμό της στοίβας επικάλυψης και την αξιολόγηση του θερμικού φορτίου.10−3 cm−1) μπορεί να παράγει σημαντικά θερμικά αποτελέσματα σε υψηλή ισχύ.

• - Δεν ξέρω.Θερμοδυναμικές ιδιότητες:Η θερμική αγωγιμότητα καθορίζει τον ρυθμό διάχυσης της θερμότητας και ο συντελεστής θερμικής επέκτασης (CTE) επηρεάζει το μέγεθος της θερμικής πίεσης.Η ασυμφωνία μεταξύ της CTE του υποστρώματος και του στρώματος επικάλυψης είναι η κύρια αιτία αποτυχίας..

• - Δεν ξέρω.Μηχανικές ιδιότητες:Η σκληρότητα και το ελαστικό μέτρο επηρεάζουν τη δυσκολία επεξεργασίας και την περιβαλλοντική αντοχή.

Κουάρτζιο γυαλί

- Δεν ξέρω.Τα κοινά υλικά υποστρώματος λέιζερ υψηλής ισχύος περιλαμβάνουν:

• Έλιγμένη πυρίτιδα:Το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο, εξαιρετική απόδοση από υπεριώδη σε NIR, πολύ χαμηλή CTE, καλή θερμική σταθερότητα.

ZMSH Συσταμένες πλάκες κουαρτζίου

• - Δεν ξέρω.Βόροσιλικωμένο γυαλί (π.χ. BK7):Λιγότερο κόστος, συχνά χρησιμοποιείται σε σενάρια μεσαίας έως χαμηλής ισχύος, αλλά φτωχότερη θερμική αγωγιμότητα και υψηλότερη CTE.

- Δεν ξέρω.

ZMSH Γυάλινες πλάκες υψηλής βαροσιλικωτικής περιεκτικότητας

• Κρυσταλλικά υλικά:Όπως το Σιλικόνιο (Si), το Γερμανίο (Ge) (για μεσαία έως μακρινή IR), το Σαφείρι (εξαιρετικά υψηλή σκληρότητα για ακραία περιβάλλοντα), το CaF2/MgF2 (για βαθύ UV).

• Υπολογισμός θερμικών φακών:Για ένα λέιζερ συνεχών κυμάτων 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.

• - Δεν ξέρω.Ανάλυση θερμικού στρες:Η διαφορά στην CTE επηρεάζει άμεσα τη θερμική πίεση στη διεπαφή επικάλυψης-υποστρώματος.

ΙΙ. Ποσοτικοί δείκτες για τις απαιτήσεις επίστρωσης

1Οριακό όριο ζημιών που προκαλούνται από λέιζερ (LIDT):

• Πρότυπο μέτρησης:Ακολουθεί το πρότυπο ISO 21254.

• Επίπεδα απόδοσης:

1. Συνηθισμένη επίστρωση εξάτμισης E-beam: ~5-15 J/cm2 (νανόδευμα παλμού, 1064nm)

2. Επικάλυψη με βοήθεια ιόντων (IAD): ~15-25 J/cm2

3. Επικάλυψη με ψεκασμό ιονικών ακτίνων (IBS): > 30 J/cm2, οι διαδικασίες κορυφής επιπέδου μπορούν να υπερβαίνουν τα 50 J/cm2.

• Δύσκολο:Για τα λέιζερ παλμού φεμτοδευτερολέπτου, ο μηχανισμός βλάβης διαφέρει. Η LIDT εκφράζεται συνήθως ως πυκνότητα ισχύος, απαιτώντας επίπεδα εκατοντάδων GW / cm2 έως TW / cm2.

2. Απώλειες απορρόφησης και διασποράς:

• ΑπορρόφησηΜετρώνται χρησιμοποιώντας θερμοκρασία λέιζερ. Οι επικίνδυνες επικάλυψεις IBS απαιτούν απώλεια απορρόφησης > 5 ppm (0.0005%), απώλεια απορρόφησης επιφάνειας < 1 ppm.

• Διασκορπισμός:Μετρώνται χρησιμοποιώντας ολοκληρωμένη σκορπομετρία, η συνολική ολοκληρωμένη σκορπομετρία (TIS) πρέπει να είναι < 50 ppm.

3Ακριβότητα φασματικής απόδοσης:

• - Δεν ξέρω.Επικάλυψη υψηλής αντανάκλασης (HR):Αντανάκλαση R > 99,95% στο κέντρο μήκους κύματος, η ανώτερη βαθμίδα απαιτεί R > 99,99%. Το εύρος ζώνης Δλ πρέπει να πληροί τις τιμές σχεδιασμού (π.χ. ± 15nm για 1064nm του λέιζερ Nd: YAG).

• - Δεν ξέρω.Επικάλυψη κατά της αντανάκλασης (AR):Η υπολειμματική αντανάκλαση R < 0,1% (μοναδική επιφάνεια), η ανώτερη βαθμίδα απαιτεί R < 0,05% ("υπερ-αντιαντανάκλαση επικάλυψης").Το 5% απαιτείται σε εύρος ζώνης εκατοντάδων νανομέτρων..

ΙΙΙ. Διαδικασίες επικαλύψεως και σύγκριση βασικών παραμέτρων

Σύγκριση των παραμέτρων της διαδικασίας επικάλυψης:
 

• Επιλέξτε IBS:Όταν οι απαιτήσεις του συστήματος απαιτούν LIDT > 25 J/cm2 και απορρόφηση < 10 ppm, η IBS είναι η μόνη επιλογή.

• Επιλέξτε IAD:Όταν ο προϋπολογισμός είναι περιορισμένος αλλά απαιτείται LIDT στην περιοχή 15-20 J/cm2, η IAD είναι η πιο οικονομικά αποδοτική λύση.

• - Δεν ξέρω.Επιλέξτε δέσμη Ε:Χρησιμοποιείται κυρίως για λέιζερ ενέργειας με χαμηλές απαιτήσεις κατώτατου ορίου ζημιών ή για προκαταρκτική κατασκευή πρωτοτύπων.

IV. Ποσοτική επαλήθευση της συμμόρφωσης της επικάλυψης

- Δεν ξέρω.

1Δοκιμασία LIDT (ISO 21254):

• Μέθοδος:Χρησιμοποιεί μια μέθοδο 1 προς 1, ακτινοβολώντας πολλαπλά σημεία μέσα στο σημείο της δέσμης δοκιμής, κάθε σημείο μόνο μία φορά.

• Ανάλυση δεδομένων:Η καμπύλη πιθανότητας ζημίας προσαρμόζεται με γραμμική παλινδρόμηση· η τιμή πυκνότητας ενέργειας που αντιστοιχεί στην πιθανότητα ζημίας 0% ορίζεται ως LIDT.

• - Δεν ξέρω.Μέγεθος σημείου δέσμης:Συνήθως 200-1000 μm, πρέπει να μετρούνται με ακρίβεια για τον υπολογισμό της πυκνότητας ενέργειας.

2. Μέτρηση απορρόφησης:

• - Δεν ξέρω.Καλομετρία λέιζερ:Μετρά άμεσα την αύξηση της θερμοκρασίας ενός δείγματος που απορροφά την ενέργεια λέιζερ.

• - Δεν ξέρω.Τεχνική θερμικών φακών επιφάνειας:Εξαιρετικά υψηλή ευαισθησία, μπορεί να διακρίνει μεταξύ χύδης και επιφανειακής απορρόφησης.

Φασματοφωτομετρητής

3Φασματική απόδοση:

• Φασματοφωτομετρητής:Ακριβότητα έως ± 0,05%, χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της αντανάκλασης/διαβίβασης (R/T).

• - Δεν ξέρω.Διαμετρητή λευκού φωτός:Χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του πάχους της επικάλυψης και της μορφολογίας της επιφάνειας· η ακρίβεια ελέγχου του πάχους μπορεί να φτάσει < 0,1%.

V. Ποσοτική περιγραφή των προκλήσεων

1Ενίσχυση ηλεκτρικού πεδίου λόγω ελαττωμάτων:Ένα οζώδες ελάττωμα 100 nm σε ύψος μπορεί να προκαλέσει τοπική ενίσχυση του ηλεκτρικού πεδίου του λέιζερ κατά έναν παράγοντα 2-3 σε σύγκριση με τη φυσιολογική περιοχή.Δεδομένης της αντίστροφης τετραγωνικής σχέσης μεταξύ του κατώτατου ορίου βλάβης και της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου, το LIDT σε αυτό το σημείο πέφτει στο 1/4 έως 1/9 της κανονικής περιοχής.

2. ποσοτικοποίηση των προκλήσεων της διαχείρισης της θερμότητας: Υποθέτοντας ότι ένα λέιζερ συνεχών κυμάτων 10 kW αντανακλάται από έναν καθρέφτη, ακόμη και με ρυθμό απορρόφησης μόλις 5 ppm, 50 mW ισχύς θα απορροφηθεί.δημιουργεί κλίση θερμοκρασίας (ΔT) στο οπτικό στοιχείο και αντίστοιχη θερμική παραμόρφωση (διαφορά οπτικής διαδρομής)Το OPD μπορεί να υπολογιστεί ως: OPD = (dn/dT + α(n-1)) * ΔT * t, όπου dn/dT είναι ο θερμο-οπτικός συντελεστής, α είναι ο συντελεστής θερμικής διαστολής και t είναι το πάχος.Η παραμόρφωση αυτή υποβαθμίζει σοβαρά την ποιότητα της δέσμης (αυξάνει τον παράγοντα M2).

3. Μη γραμμικές επιδράσεις των υπερταχείων λέιζερ: Το κατώτατο όριο ζημίας λέιζερ femtosecond είναι ανάλογο με την τετραγωνική ρίζα του πλάτους του παλμού (~√τ)..4 J/cm2 υπό παλμό 100 fs (αν και ο πραγματικός μηχανισμός είναι πιο περίπλοκος, που περιλαμβάνει απορρόφηση πολλαπλών φωτονίων).

- Δεν ξέρω.

4. Έλεγχος ομοιομορφίας για εξαρτήματα μεγάλου ανοίγματος: Για υποστρώματα με διάμετρο > 500 mm, η εξασφάλιση της ομοιομορφίας του πάχους της επικάλυψης εντός ± 0,1% παρουσιάζει ακραίες προκλήσεις για τη διάταξη των πηγών ψεκασμού,και την ομοιομορφία των πεδίων πίεσης και θερμοκρασίας εντός του θαλάμου κενού.

Η υψηλής ισχύος επίστρωση λέιζερ έχει εξελιχθεί από μια τέχνη σε μια ακριβή επιστήμη δεδομένων.Και κάθε ανακάλυψη J/cm2 στο LIDT βασίζεται σε μια βαθιά κατανόηση των φυσικών μηχανισμών τουΗ τεχνολογία αυτή έχει ως στόχο να βελτιώσει την ποιότητα της ενέργειας των λέιζερ και να βελτιώσει την ποιότητα της ενέργειας των λέιζερ.οι απαιτήσεις για την τεχνολογία επίστρωσης θα πλησιάσουν τα απόλυτα όρια της φυσικής των υλικών, που απαιτεί διεπιστημονική καινοτομία για τον καθορισμό των προτύπων για την επόμενη γενιά τεχνικών παραμέτρων.

Συμπέρασμα

Η ZMSH, με μια δεκαετία εξειδικευμένης εμπειρίας στον τομέα των οπτικών υλικών, αξιοποιεί ένα ώριμο ολοκληρωμένο σύστημα βιομηχανικού εμπορίου ως βασικό της πλεονέκτημα.Η εταιρεία ειδικεύεται στην εξατομίκευση και επεξεργασία υψηλής ποιότητας υλικών ημιαγωγών., συμπεριλαμβανομένου του σαφείρου υψηλής καθαρότητας, του καρβιδίου του πυριτίου (SiC) και του λιωμένου πυριτίου.

Διαθέτουμε μια βαθιά κατανόηση των ακραίων απαιτήσεων που θέτουν τα συστήματα λέιζερ υψηλής ισχύος στα οπτικά εξαρτήματα, ιδίως όσον αφορά το όριο ζημίας που προκαλείται από λέιζερ (LIDT),θερμική σταθερότηταΗ τεχνογνωσία αυτή μας επιτρέπει να ενσωματώσουμε βαθιά τις ιδιότητες του υλικού με προηγμένες τεχνολογίες επίχρισής, όπως η Ion Beam Sputtering (IBS),Παρέχουμε ολοκληρωμένες λύσεις αλυσίδας για τους πελάτες μας, από την επιλογή υποστρώματος και το σχεδιασμό συστήματος επικάλυψης έως την κατασκευή ακριβείας.

Η δέσμευσή μας εξασφαλίζει ότι κάθε στοιχείο διατηρεί αξιόπιστη απόδοση κάτω από ακραία οπτικά, θερμικά και μηχανικά φορτία.Τελικά, τα συστήματα λέιζερ να ωθήσουν τα όρια της ισχύος και της σταθερότητας.