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激光反射鏡的選型和常規(guī)指標(biāo)介紹

來源:聯(lián)合光科技(北京)有限公司   2025年02月28日 16:50  
激光反射鏡的簡(jiǎn)介

高能激光技術(shù)經(jīng)歷了60年的飛速發(fā)展,激光系統(tǒng)中的反射鏡也承受著越來越高的功率密度,傳統(tǒng)的反射鏡基片材料、表面鍍膜層和表面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等已不能適應(yīng)高能激光系統(tǒng)的需要。激光輻射對(duì)反射鏡(及其他光學(xué)元件)的損傷主要有三種形式:一是因光吸收導(dǎo)致的熱效應(yīng);二是短脈沖激光輻射造成的介質(zhì)擊穿;三是超短脈沖材料激光下,因高的峰值功率而直接導(dǎo)致物質(zhì)化學(xué)鍵破壞。因此,反射鏡在傳輸高能激光束時(shí),由于激光輻射作用及反射鏡材料的熱膨脹、局部熱應(yīng)力以及反射鏡固定時(shí)的機(jī)械應(yīng)力等原因,會(huì)使反射鏡面發(fā)生形變,影響光束的傳輸質(zhì)量。

激光反射鏡是激光系統(tǒng)中的主要光學(xué)元件,包含單點(diǎn)波長激光反射鏡、寬帶激光反射鏡,在激光光學(xué)系統(tǒng)中起到反射光線、折轉(zhuǎn)光路等作用。廣泛的應(yīng)用在激光打標(biāo)、激光焊接、激光微加工、非線性光學(xué)和各種以激光為光源的教育科研相關(guān)領(lǐng)域等。激光反射鏡的好壞直接影響著激光系統(tǒng)的性能。

激光反射鏡技術(shù)指標(biāo)

在高能激光系統(tǒng)中,制約著反射鏡性能的因素已不單單是反射率,還包括了激光損傷閾值、表面質(zhì)量等。選擇激光反射鏡時(shí),最重要也是最難選擇的是激光損傷閾值。

激光損傷閾值
激光損傷閾值是衡量一個(gè)光學(xué)元件承受光輻射能力的參數(shù),表示可以承受的最大光功率密度(連續(xù)光源)或最大能量密度(脈沖光源),單位分別是W/cm2J/cm2。如下圖,是聯(lián)合光科的Zerodur激光線介質(zhì)反射鏡系列產(chǎn)品的激光損傷閾值及其他部分參數(shù)。

圖2 Zerodur激光線介質(zhì)反射鏡參數(shù)

連續(xù)激光對(duì)光學(xué)元件的損傷,主要是由光吸收形成的熱效應(yīng)造成的,損傷閾值由最高可承受的激光功率密度表示。
,單位是W/cm2,如,一個(gè)功率為100W的連續(xù)激光,光斑直徑為5mm,則 

這樣求得的是整個(gè)光斑上功率密度的平均值。

脈沖激光對(duì)元件的損傷閾值,通常由最大可承受的脈沖能量密度來表示,
,單位是J/cm2,如,一個(gè)單位脈沖能量為0.5J的脈沖激光,脈寬為20ns,光斑直徑為5mm,則
,同樣這也是一個(gè)平均值。

對(duì)于脈沖寬度為皮秒(ps)和飛秒(fs)的超快激光,由于在激光脈沖內(nèi)有高的峰值功率和電場(chǎng)強(qiáng)度,其損傷閾值通常無法從納秒脈沖的損傷閾值中計(jì)算得到,且損傷機(jī)制和脈沖寬度有很大關(guān)系,不易表征。

判斷激光反射鏡的激光損傷閾值是否滿足要求時(shí),有幾點(diǎn)需要注意:

1. 對(duì)于連續(xù)激光,對(duì)于連續(xù)激光,為了保險(xiǎn)起見,通常在計(jì)算得到的激光功率密度上乘2,來表示高斯光束中心區(qū)域的功率密度。

2. 對(duì)于連續(xù)激光,光學(xué)元件的激光損傷閾值隨波長成比例關(guān)系,例如,在532nm處的損傷閾值大約是1064nm處閾值的一半。

3. 對(duì)于脈沖激光光束,常有一些較高功率的熱點(diǎn),為了保證反射鏡不被損壞,建議在計(jì)算得到的能量或功率密度乘上2或3倍的安全系數(shù)。

4. 對(duì)于脈沖寬度在微秒(μs)和納秒(ns)之間的脈沖激光,損傷閾值和脈沖的時(shí)域?qū)挾鹊钠椒礁杀壤P(guān)系。例如,一個(gè)光學(xué)元件在1μs脈沖下的損傷閾值,是其在10ns脈沖下?lián)p傷閾值的10倍。

5. 若激光脈沖寬度在毫秒(ms)和連續(xù)激光之間,則要同時(shí)滿足激光反射鏡的連續(xù)和脈沖激光損傷閾值。

 

表面面型

表面面型偏差指的是光學(xué)元件表面與理想標(biāo)準(zhǔn)面的偏差量,由光圈或表面平整度來表示。聯(lián)合光科提供的激光反射鏡標(biāo)準(zhǔn)品有兩種面型精度,分別是λ/4@632.8nmλ/10@632.8nm,對(duì)于平面反射鏡來說,數(shù)值越小表示表面越平整。
 

表面光潔度
表面光潔度,表示光學(xué)表面的劃痕和麻點(diǎn),越小的值表示劃痕和麻點(diǎn)的尺寸越小。對(duì)于激光系統(tǒng),光學(xué)元件的高表面光潔度尤為重要,可以有效降低光的散射。聯(lián)合光科提供的激光反射鏡具有高表面光潔度,一般優(yōu)于20-10,甚至在10-5范圍內(nèi)。

激光反射鏡應(yīng)用和選型

激光反射鏡被應(yīng)用于非常廣泛的領(lǐng)域,包括:激光器、激光設(shè)備、醫(yī)療儀器、光通訊等。聯(lián)合光科可提供多種應(yīng)用于不同工作場(chǎng)景的激光反射鏡,包括:

工作波長:355nm、532nm1064nm、266-20000nm

入射角:、45°0-15°、0-45°;

表面面型:λ/4@632.8nmλ/10@632.8nm;

反射率:具有多種不同高反射率大小的激光反射鏡,通常反射率>99%;

損傷閾值:不同激光類型有多種不同高損傷閾值的產(chǎn)品,如,500W/cm2for CW laser5J/cm2for 10nsec pulses等;

反射鏡基底材料:根據(jù)應(yīng)用的波長不同、功率不同、環(huán)境不同等因素,可以選擇不同的反射鏡基底,包括,熔融石英、紫外級(jí)熔融石英(UV Fused Silica)、微晶玻璃(Zerodur)、硼硅玻璃(Borofloat® 33)等;

尺寸大?。?/strong>直徑為12.7mm、25.4mm50.8mm12.5mm、25mm50mm等各種尺寸反射鏡;

 

選擇激光反射鏡時(shí),以上基底材料、反射率、面型、損傷閾值、相應(yīng)工作環(huán)境等都是需要考慮的因素。

 

聯(lián)合光科可以提供激光反射鏡標(biāo)準(zhǔn)品如下:詳細(xì)請(qǐng)點(diǎn)擊鏈接——激光反射鏡


表2 聯(lián)合光科可提供激光反射鏡標(biāo)準(zhǔn)品及應(yīng)用領(lǐng)域

 


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