超快應(yīng)用的金屬反射鏡

Off Axis silver enhanced mirror

鋁、銀或金屬層具有優(yōu)點(diǎn),一方面在寬帶寬內(nèi)反射光,另一方面不改變各波之間的相位位置。因此,金屬反射鏡是短脈沖激光器的理想光束引導(dǎo)元件。

額外的介電涂層可長(zhǎng)期穩(wěn)定地保護(hù)金屬層免受與空氣成分(氧氣、硫)的化學(xué)反應(yīng)。同時(shí),在有限的光譜范圍內(nèi)可以增加反射率,而相位響應(yīng)幾乎不受影響。

此類(lèi)增強(qiáng)反射的金屬反射鏡也常用于掃描儀光學(xué)系統(tǒng)。

鋁、銀或金屬層具有優(yōu)點(diǎn),一方面在寬帶寬內(nèi)反射光,另一方面不改變各波之間的相位位置。因此,金屬反射鏡是短脈沖激光器的理想光束引導(dǎo)元件。

額外的介電涂層可長(zhǎng)期穩(wěn)定地保護(hù)金屬層免受與空氣成分(氧氣、硫)的化學(xué)反應(yīng)。同時(shí),在有限的光譜范圍內(nèi)可以增加反射率,而相位響應(yīng)幾乎不受影響。

此類(lèi)增強(qiáng)反射的金屬反射鏡也常用于掃描儀光學(xué)系統(tǒng)。

GTI 調(diào)諧鏡

GTI 調(diào)諧鏡（Gires-Tournois 干涉儀）用于對(duì)非常窄的波長(zhǎng)范圍進(jìn)行強(qiáng)時(shí)間對(duì)準(zhǔn)。這使得它們特別適用于緊湊型ps激光系統(tǒng)（例如 Yb:YAG 或 Yb:KGW 激光器）。

常見(jiàn) GTI 調(diào)諧鏡的示例值：

不同 GDD 值的 1030 nm 多種 GTI 調(diào)諧鏡的 GDD 光譜（Yb: YAG 和 Yb: KGW 激光器用的 GTI 調(diào)諧鏡）

LAYERTEC 在過(guò)去的二十多年里一直為全qiu lx的 ps 激光器制造商生產(chǎn) GTI 調(diào)諧鏡。

為了增加脈沖功率和/或高重復(fù)率，您還可以通過(guò)使用多個(gè) GTI 調(diào)諧鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的校正。對(duì)于ji端要求，通常需要在最大反射率、GDD值和損傷閾值之間進(jìn)行折衷。在這種系統(tǒng)的重載下，熱透鏡問(wèn)題在破壞之前就已經(jīng)出現(xiàn)。

啁啾反射鏡

超短激光脈沖通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)傳播時(shí),其形狀會(huì)發(fā)生變化。由于波長(zhǎng)依賴(lài)的色散,每個(gè)獨(dú)立波會(huì)被不同程度延遲,從而產(chǎn)生傳播時(shí)間差異。結(jié)果,激光脈沖寬度增加,脈沖能量減小。為消除這種效應(yīng),使用啁啾反射鏡。

LAYERTEC 根據(jù)客戶(hù)要求,在200-5000nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)生產(chǎn)具有針對(duì)相位響應(yīng)(即負(fù)GDD或正GDD)調(diào)整影響的特殊電介質(zhì)系統(tǒng)(鏡子、泵浦鏡子、短通濾光片或長(zhǎng)通濾光片、解耦器等)。

相位校正反射系統(tǒng)的帶寬,一個(gè)簡(jiǎn)單的布拉格反射鏡(經(jīng)典的lambda/4鏡子)或更大,稱(chēng)為啁啾反射鏡。另一方面,用于皮秒激光器的相位校正鏡,在僅幾納米的帶寬內(nèi)有高負(fù)GDD,稱(chēng)為GTI鏡子。

受容腔轉(zhuǎn)儲(chǔ)皮秒激光器的示意圖

具有與布拉格反射鏡相當(dāng)?shù)膸挼倪狈瓷溏R通?？梢栽跊](méi)有更多GDD振蕩的情況下計(jì)算和制造。

所需帶寬越大,GDD的振蕩越強(qiáng)。在這些情況下,我們?cè)瓌t上建議通過(guò)其他光學(xué)元件(例如啁啾反射鏡對(duì))相互補(bǔ)償此GDD振蕩。

啁啾反射鏡對(duì)

啁啾反射鏡對(duì)用于補(bǔ)償超短激光脈沖的色散相關(guān)的行程時(shí)間差異。如果GDD曲線的振蕩很強(qiáng),則需要啁啾反射鏡對(duì)(由兩個(gè)啁啾反射鏡組成)。這尤其適用于帶寬高的鏡子。

啁啾反射鏡對(duì)

啁啾反射鏡的GDD曲線不代表一條直線曲線,而顯示振蕩。這些振蕩的強(qiáng)度取決于,除其他因素外,光譜帶寬。對(duì)于與相應(yīng)的布拉格反射鏡相比帶寬較小的GDD帶寬,振蕩相當(dāng)小。另一方面,帶寬高的鏡子顯示出強(qiáng)烈的GDD振蕩。

負(fù)色散鏡對(duì)的GDD光譜

可以通過(guò)使用相應(yīng)的鏡子對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)校正。它們由兩個(gè)帶有相反GDD曲線的不同表面鏡片組成,激光束可以在其間反射回來(lái),反射次數(shù)隨意(見(jiàn)圖)。這些鏡子經(jīng)過(guò)優(yōu)化,與入射角度小,以便獲得更多的反射次數(shù)。

準(zhǔn)分子激光反射鏡

當(dāng)準(zhǔn)分子激光器用于紫外線范圍時(shí),光學(xué)元件會(huì)承受非常高的能量。此外,準(zhǔn)分子激光器以脈沖模式運(yùn)行并產(chǎn)生極短的脈沖和高峰值強(qiáng)度。由此,準(zhǔn)分子激光反射鏡必須具有高的損傷閾值和耐久性。準(zhǔn)分子激光器是氣體激光器,經(jīng)常使用氟操作。如果一個(gè)光學(xué)元件暴露在工藝氣體中,基板和涂層也必須基于氟,否則它們會(huì)溶解。

例如:準(zhǔn)分子激光器的示意結(jié)構(gòu)

準(zhǔn)分子激光反射鏡(用于248nm和351nm的偏轉(zhuǎn)鏡)

LAYERTEC生產(chǎn)用于所有準(zhǔn)分子激光器的光學(xué)元件(F2 激光器157nm,ArF激光器193nm,KrF激光器248nm,XeCl激光器308nm,XeF激光器351nm)。氟基準(zhǔn)分子激光器的諧振腔鏡和輸出耦合鏡由CaF2或MgF2基板與氟化涂層組成,也可直接接觸激光氣體使用。輸出耦合鏡通常提供高達(dá)R=50%的反射率。zhi定的反射率精度為±3%。

157nm和193nm的偏轉(zhuǎn)鏡也基于CaF2基板上的氟化層系統(tǒng)。這確保了高的損傷閾值和長(zhǎng)的使用壽命。248nm以上的波長(zhǎng)的偏轉(zhuǎn)鏡由石英玻璃基板上的紫外線兼容氧化層系統(tǒng)組成。光束輸送光學(xué)元件可以設(shè)計(jì)為任何入射角。45°入射角的偏轉(zhuǎn)鏡作為標(biāo)準(zhǔn)組件提供。

中紅外反射鏡

中紅外反射鏡適用于中紅外線范圍(1.5-8微米)的激光輻射。此輻射特別適用于烴類(lèi)和水的吸收。它主要用于醫(yī)療應(yīng)用和塑料加工。

一方面,中紅外線范圍的波長(zhǎng)是由約2微米(Ho:YAG激光器,Tm:YAG激光器)和3微米(Er:YAG激光器)的直接激光激發(fā)產(chǎn)生的。另一方面,它們可以通過(guò)光學(xué)參量頻率轉(zhuǎn)換(周期性極化的鈮酸鋰)產(chǎn)生,該轉(zhuǎn)換沒(méi)有直接的激光躍遷。這樣的光學(xué)參量振蕩器的發(fā)射范圍延伸到約8微米的波長(zhǎng)。

Er:YAG系統(tǒng)帶有引導(dǎo)激光器

LAYERTEC生產(chǎn)用于中紅外線范圍的反射和透射光學(xué)元件系列。標(biāo)準(zhǔn)基板如熔融石英以及標(biāo)準(zhǔn)涂層材料在此波長(zhǎng)范圍內(nèi)部分顯示高吸收。為覆蓋更廣泛的波長(zhǎng)范圍,涂層設(shè)計(jì)得到特殊配置。

中紅外反射鏡是指用于中紅外線激光的反射光學(xué)元件,如反射鏡、偏轉(zhuǎn)鏡等。

激光諧振腔鏡

激光諧振腔是激光器的核心。激光束在其中產(chǎn)生。它由一個(gè)全反射鏡和一個(gè)部分反射鏡組成。在它們之間是激光活性介質(zhì),它由泵浦機(jī)制激發(fā)。

端面鏡幾乎100%反射光。輸出鏡具有較低的定義反射率,并從諧振腔放出激光束。如果端面鏡也充當(dāng)耦合鏡,它還具有防反射層以增加泵浦輻射。

光學(xué)腔的示意圖

LAYERTEC為130 nm-7μm的所有激光器生產(chǎn)諧振腔鏡。根據(jù)激光器類(lèi)型,使用多年來(lái)證明有效的材料組合和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。除了在線產(chǎn)品之外,根據(jù)客戶(hù)要求制造個(gè)別特殊鏡片。

不同諧振腔鏡的范圍

諧振腔鏡是指激光諧振腔中的反射光學(xué)元件,端面鏡用于將激光束反射回激光介質(zhì),輸出耦合鏡用于將部分激光束反射回激光介質(zhì)和將部分激光束輸出。

激光掃描鏡

掃描鏡組

激光掃描鏡用于激光材料加工,以快速和靈活地移動(dòng)激光束在工件上。它們的后部通常以片狀銑出。由于這種特殊設(shè)計(jì),它們非常薄和輕便,以實(shí)現(xiàn)快速改變方向。

激光掃描鏡是LAYERTEC產(chǎn)品范圍的重要組成部分。為此目的開(kāi)發(fā)的層設(shè)計(jì)可提供高性能穩(wěn)定性和必要的反射率角度不變性。特別是金屬基面鏡與介電層的組合,可增加功率激光的反射率,允許直接在加工區(qū)成像。

激光掃描鏡是指用于快速和靈活地掃描或偏轉(zhuǎn)激光束的反射光學(xué)元件,通常具有特殊的薄和輕便的設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)高速掃描。它們用于激光材料加工中激光束的快速定位或掃描。

轉(zhuǎn)向鏡

45°-橢圓轉(zhuǎn)向鏡(所謂的“香腸切片”)在生產(chǎn)過(guò)程中(拋光過(guò)程)

偏轉(zhuǎn)鏡專(zhuān)門(mén)改變?nèi)肷涔獾姆较?。通過(guò)選擇涂層,可以為特定波長(zhǎng)范圍和特定入射角調(diào)整鏡面反射率。此外,鏡片可以針對(duì)振動(dòng)方向(偏振)和高破壞閾值進(jìn)行優(yōu)化。

各種轉(zhuǎn)向鏡

LAYERTEC生產(chǎn)幾乎所有入射角和偏振類(lèi)型的偏轉(zhuǎn)鏡,無(wú)論是單波zuiy鏡還是寬帶鏡。根據(jù)要求,例如適應(yīng)高功率激光和/或短脈沖是可能的。此外,涂層可以計(jì)算最大反射率的zui低損失或定義剩余透射率。

轉(zhuǎn)向鏡是指用于改變?nèi)肷涔夥较虻姆瓷涔鈱W(xué)元件,如偏轉(zhuǎn)鏡、折射鏡等。通過(guò)選擇不同的涂層,轉(zhuǎn)向鏡可以為不同的波長(zhǎng)范圍、入射角以及偏振方向設(shè)計(jì)。它們廣泛用于激光器中激光束的方向改變。

LAYERTEC生產(chǎn)幾乎所有類(lèi)型的轉(zhuǎn)向鏡,包括單波zuiy轉(zhuǎn)向鏡、寬帶轉(zhuǎn)向鏡,以及可以根據(jù)客戶(hù)要求針對(duì)高功率激光優(yōu)化設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向鏡。

Herriott腔鏡

Herriott腔鏡允許通過(guò)在腔內(nèi)多次反射增加激光束的光學(xué)路徑來(lái)構(gòu)建緊湊的諧振腔。為此,它們由兩個(gè)等焦距的球面鏡組成。Herriott腔鏡用于縮短激光脈沖。

Herriott腔的示意圖

兩個(gè)諧振腔鏡中的一個(gè)通常有偏心孔,該孔用作例如激光束(或工藝氣體)的進(jìn)出口。入口和出口側(cè)各有錐形開(kāi)口,以防止激光束被削去。自有精密光學(xué)制造能力使我們能夠滿(mǎn)足復(fù)雜的基板規(guī)格要求。

Herriott腔鏡是指Herriott腔中用于多次反射增加光路的兩個(gè)球面反射鏡。它們利用多次反射在有限空間內(nèi)獲得較長(zhǎng)的光學(xué)路徑,因此用于構(gòu)建較緊湊的激光諧振腔和產(chǎn)生較短的激光脈沖。一個(gè)反射鏡通常在中心具有偏心孔,作為激光束或工藝氣體的進(jìn)出口。入口和出口側(cè)采用錐形結(jié)構(gòu)防止激光削除。LAYERTEC具有制造此類(lèi)復(fù)雜基板和高精度反射鏡的能力。

金屬反射鏡

金屬是低功率激光應(yīng)用中g(shù)認(rèn)的鏡片材料。它們?cè)趯拸V的光譜帶寬(特別是在MIR范圍)內(nèi)提供高反射率,色散相關(guān)的行程時(shí)間差幾乎可以忽略。LAYERTEC使用磁控濺射工藝生產(chǎn)金屬涂層,極低的散射光損失。我們生產(chǎn)金、銀和鋁反射鏡。對(duì)于銀和鋁反射鏡,建議采用額外的防護(hù)層。這可以防止氧化并允許清潔。

此外,通過(guò)針對(duì)性應(yīng)用更多層,可以改善定義波長(zhǎng)的反射率。金屬反射鏡是指以金屬如金、銀、鋁等作為反射材料的反射鏡。它們可提供寬光譜范圍內(nèi)的高反射率,且色散效應(yīng)很小。但是其易氧化和腐蝕的缺點(diǎn)需要采取防護(hù)措施。

LAYERTEC使用磁控濺射技術(shù)生產(chǎn)金屬反射鏡,可以獲得極低的散射損失。除單層金屬反射涂層外,也可以在金屬涂層上沉積介電涂層來(lái)優(yōu)化單一波長(zhǎng)或波段的反射率。

金屬反射鏡用于低功率激光應(yīng)用,需要考慮其防腐蝕和氧化保護(hù)。

零相位差反射鏡

零相位差反射鏡的原理圖

在常規(guī)反射鏡中,入射光束的偏振類(lèi)型在反射過(guò)程中會(huì)改變。例如,s波偏振光變成p波偏振光。零相位差反射鏡確保入射光束的偏振類(lèi)型不變。例如,它用于激光材料加工,將激光束從光源引導(dǎo)到切割頭。

LAYERTEC生產(chǎn)157-4500nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的零相位差反射鏡。這些部件消除了反射光束的s波和p波部分之間的相位差。結(jié)果,入射偏振模式得以保留。零相位差反射鏡是一種特殊的反射鏡,它在反射光線的同時(shí)保持其偏振方向不變,消除入射光和反射光之間的相位差。常規(guī)反射鏡在反射過(guò)程中會(huì)改變?nèi)肷涔獾钠穹较?如s波變p波。而零相位差反射鏡可以保持入射光的偏振方向不變。它用于需要保持光線偏振方向的應(yīng)用,如激光器中將激光從光源引導(dǎo)到切割頭。

LAYERTEC提供157-4500nm范圍內(nèi)的零相位差反射鏡。它們可以消除反射光束中s波和p波部分之間的相位差,保持入射光的偏振模式。零相位差反射鏡用于需要保持光線偏振狀態(tài)的應(yīng)用,如激光器中的激光傳輸。

弱激光諧振腔鏡

諧振腔鏡

摻釹晶體在不同波長(zhǎng)上表現(xiàn)出激光躍遷。然而,這些躍遷的強(qiáng)度不同。如果要發(fā)出與較弱激光躍遷對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的激光輻射,必須抑制更強(qiáng)激光線的激光線。

LAYERTEC提供各種激光鏡,其中zui強(qiáng)的1064納米激光線被抑制,以便在其他波長(zhǎng)下實(shí)現(xiàn)高效激光。取決于激光裝置的設(shè)置,所有涂層都根據(jù)客戶(hù)的要求設(shè)計(jì)和制造。弱激光諧振腔鏡是指在摻釹激光晶體中,為了實(shí)現(xiàn)相對(duì)較弱的激光躍遷對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)輸出,而抑制較強(qiáng)激光躍遷對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的諧振腔反射鏡。摻釹激光晶體在不同的波長(zhǎng)上表現(xiàn)出激光躍遷,但強(qiáng)度不同。如果需要輸出相對(duì)較弱激光躍遷的波長(zhǎng),必須抑制較強(qiáng)激光躍遷對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng),如1064nm。

LAYERTEC可以提供各種激光鏡,通過(guò)抑制1064nm等主要波長(zhǎng)來(lái)優(yōu)化其他相對(duì)較弱波長(zhǎng)的激光輸出。所有涂層都根據(jù)具體的激光裝置和客戶(hù)要求定制設(shè)計(jì)。弱激光諧振腔鏡用于優(yōu)化和輸出摻釹激光器中相對(duì)較弱的激光波長(zhǎng)。

Fig.Reflectance spectrum of a dual wavelength mirror for a weak laser line and its second harmonic, with high transmittance for the pump wavelength and the strongest laser line

相移反射鏡

相移反射鏡將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光。這種效應(yīng)在激光材料加工中特別有用,其中線偏振會(huì)導(dǎo)致與軸有關(guān)的非均勻結(jié)果,例如在切割或鉆孔中。

相移反射鏡的工作原理

與波片工作方式不同,即激光束在垂直入射下透射,相移反射鏡通過(guò)反射和45°的入射角工作。層系統(tǒng)經(jīng)優(yōu)化以獲得s波和p波偏振光之間的特定相位差。典型應(yīng)用是在45°的入射角下,實(shí)現(xiàn)λ/4?90°= π/2的相位差,以便為具有線偏振的入射光束生成圓偏振輻射。我們也根據(jù)客戶(hù)要求實(shí)現(xiàn)其他值。

相移反射鏡是一種特殊的反射鏡,它可以在45°入射角下反射光線,并在反射過(guò)程中引入相位差,將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振或橢圓偏振光。

相比波片在垂直入射下的透射方式,相移反射鏡采用45°入射角的反射方式。其涂層設(shè)計(jì)可以在反射過(guò)程中引入90°(λ/4)的相位差,將入射的線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光。相移反射鏡用于線偏振光的圓偏振或橢圓偏振光的轉(zhuǎn)換,特別適用于激光加工。LAYERTEC可以根據(jù)客戶(hù)要求制造不同波長(zhǎng)和相位差的相移反射鏡。

低損耗反射鏡

帶平行端面反射鏡

低損耗反射鏡應(yīng)盡可能少損耗地反射激光束。低損耗反射鏡的反射率因此高達(dá)99.99%或更高,主要用于電磁輻射的頻率測(cè)量和腔環(huán)降譜儀中。

因此,制造商必須特別注意涂層系統(tǒng)中的吸收源,如化合物錯(cuò)誤或雜質(zhì)(如Fe,Cr,Cu)。

盡可能使散射光損失也是非常重要的。它們的程度主要由基板和內(nèi)部界面的微粗糙度以及層的體積散射光決定。

LAYERTEC目前達(dá)到以下值(LAYERTEC基板和LAYERTEC濺射涂層的組合):

作為標(biāo)準(zhǔn),低損耗鏡的防反射層應(yīng)用于? 6.35mm至? 50.8mm的基板幾何形狀。我們擁有寬帶CRD測(cè)量站,可以測(cè)量不同幾何體的反射率(ppm分辨率)。

低損耗反射鏡是指反射損耗極低的專(zhuān)用反射鏡,反射率高達(dá)99.99%或更高。它用于頻率測(cè)量和腔環(huán)降譜儀等需要ji高反射率和極低損耗的應(yīng)用。由于涂層和基板的吸收、微粗糙度和體積散射會(huì)引起損耗,制造低損耗反射鏡需要非常嚴(yán)格地控制這些參數(shù)。

LAYERTEC可以實(shí)現(xiàn)99.99%以上反射率和極低的散射損失,并提供6.35-50.8mm范圍的低損耗反射鏡。具有寬帶的腔環(huán)降譜儀可以測(cè)試不同幾何形狀反射鏡的ji高反射率。低損耗反射鏡用于對(duì)反射率有ji高要求的應(yīng)用,如頻率計(jì)量和腔環(huán)降譜。