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組件類別	光學(xué)元件

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)的涂層通常針對特殊的反射率，透射率和GDD光譜進行優(yōu)化。對于大多數(shù)應(yīng)用而言，此類涂層的激光誘導(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fs激光器的輸出功率已大大提高（參見參考文獻1和其中的參考文獻）。因此，fs激光光學(xué)器件的LIDT變得越來越重要。LAYERTEC對fs和ps激光器的光學(xué)LIDT進行了詳細研究。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。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)計導(dǎo)致的。尤其是寬帶和負GDD設(shè)計會導(dǎo)致較低的損壞閾值。只有標(biāo)準(zhǔn)的低GDD組件的設(shè)計才能達到更高的LIDT值。在所有這些情況下，均選擇具有高折射率對比度的材料以實現(xiàn)大帶寬。使用其他涂層材料可以實現(xiàn)更高的LIDT值。然而，由于這些折射率的對比度較低，因此由這些材料制成的反射鏡僅具有約80nm的帶寬。但是，該帶寬足以滿足低至150fs的脈沖長度的要求。所有大功率設(shè)計均針對GDD <20fs2進行了優(yōu)化。

我們由于不同的材料組合和設(shè)計而區(qū)分了不同的高功率設(shè)計，這些材料組合和設(shè)計在制備涂層方面需要不同的努力，并且在機械性能方面也不同，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，是因為其極寬的零GDD反射帶，在法向入射時的反射率高達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，請參見此處。

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Yb：YAG激光器”，《光學(xué)信函》第28卷，第5期，第367–369頁

*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聯(lián)合項目PRIMUS的框架內(nèi)完成的，該項目得到了聯(lián)邦技術(shù)與技術(shù)聯(lián)合會的支持。

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 at 800 nm	LIDT [J/cm2] *
Coating	reflectance at 800 nm	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**

*測量條件：30000個脈沖，重復(fù)率1kHz，λ= 800nm；測量是根據(jù)ISO 11254在Laser Zentrum Hannover和Friedrich-Schiller-UniversitätJena進行的

**自聚焦效果可能會在增透膜穩(wěn)定的同時破壞基材

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800nm處的高反射率進行了優(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保護的銀鏡的群時延色散（GDD）

低損耗光學(xué)元件的反射率和透射率的測定

低損耗光學(xué)組件的反射率值R> 99％和透射率值T> 99％可以通過腔衰蕩時間測量非常精確地測量。與在光譜儀中進行測量相比，該方法具有三個主要優(yōu)點：

Ø適用于非常高的反射率和透射率

Ø無法獲得比實際值高的測量值

Ø它具有很高的準(zhǔn)確性

Basic CRD Measurement Setup

基本CRD測量設(shè)置

Layertec隨附各種腔衰蕩系統(tǒng)，通過這些系統(tǒng)可以穩(wěn)定地控制光學(xué)組件的質(zhì)量。有關(guān)更多詳細信息，請參閱我們的目錄內(nèi)容“低損耗光學(xué)器件和腔衰蕩時間測量簡介”。

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測量示例

低損耗鏡 - CRD測量示例

轉(zhuǎn)向鏡 - 寬帶CRD測量示例

薄膜偏振片- CRD測量示例

超寬帶飛秒激光光學(xué)器件（帶寬?1個八度音程）

此處顯示的涂層是針對一個八度的波長（440 – 880 nm或550 – 1100 nm）計算的。對于中間波長范圍，類似的涂層也是可能的。

根據(jù)客戶要求，輸出耦合器和分束器的中心波長，帶寬，GDD和反射率

光譜公差為中心波長的1％

LIDT ∼ 0.1 J/cm²

內(nèi)部設(shè)計計算和GDD測量功能

負色散激光鏡對

圖1：超寬帶負色散激光鏡對的反射率（a）和GDD（b）光譜

AYERTEC設(shè)計的反射鏡對顯示出非常平滑的平均GDD頻譜，盡管單個寬帶反射鏡表現(xiàn)出強烈的GDD振蕩。

負色散泵鏡對

圖2：超寬帶負色散泵浦反射鏡對的反射率（a）和GDD（b）光譜

超寬帶負色散轉(zhuǎn)向鏡對

圖3：超寬帶轉(zhuǎn)向鏡對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°）對隨機偏振光的反射和透射光譜

Ø氧化物涂層具有較高的機械穩(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

Ø± 2% for R = 10 ... 30%

Ø± 3% for R = 30 ... 75%

Ø± 2% for R = 75 ... 90% and

Ø± 1% for R > 90%

Ø開發(fā)和生產(chǎn)客戶特定的組件

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°時的T> 85％變化到AOI = 45°時的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基材對氟和氯具有高穩(wěn)定性

Ø激光鏡（在248nm和308nm時R> 98％，在351nm時R> 96％）

ØCaF2的高品質(zhì)鏡面基板，窗戶和鏡片（肖特公司248nm受激準(zhǔn)分子級或紫外線品質(zhì)）

ØPR涂層的公差為：

Ø± 2% for R = 10 ... 30%

Ø± 3% for R = 30 ... 75% and

Ø± 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***