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Layertec 飛秒激光光學(xué)元件

簡(jiǎn)要描述：Layertec 飛秒激光光學(xué)元件
飛秒激光光學(xué)系統(tǒng)的涂層通常針對(duì)特殊的反射率，透射率和GDD光譜進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用而言，此類(lèi)涂層的激光誘導(dǎo)損傷閾值（LIDT）不太重要。

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更新時(shí)間：2021-05-07
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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(duì)特殊的反射率，透射率和GDD光譜進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用而言，此類(lèi)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(lái)fs激光器的輸出功率已大大提高（參見(jiàn)參考文獻(xiàn)1和其中的參考文獻(xiàn)）。因此，fs激光光學(xué)器件的LIDT變得越來(lái)越重要。LAYERTEC對(duì)fs和ps激光器的光學(xué)LIDT進(jìn)行了詳細(xì)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(fù)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(jì)。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(jì)導(dǎo)致的。尤其是寬帶和負(fù)GDD設(shè)計(jì)會(huì)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(jì)才能達(dá)到更高的LIDT值。在所有這些情況下，均選擇具有高折射率對(duì)比度的材料以實(shí)現(xiàn)大帶寬。使用其他涂層材料可以實(shí)現(xiàn)更高的LIDT值。然而，由于這些折射率的對(duì)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(mǎn)足低至150fs的脈沖長(zhǎng)度的要求。所有大功率設(shè)計(jì)均針對(duì)GDD <20fs2進(jìn)行了優(yōu)化。

我們由于不同的材料組合和設(shè)計(jì)而區(qū)分了不同的高功率設(shè)計(jì)，這些材料組合和設(shè)計(jì)在制備涂層方面需要不同的努力，并且在機(jī)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(gè)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(shì)，是因?yàn)槠錁O寬的零GDD反射帶，在法向入射時(shí)的反射率高達(dá)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(qǐng)參見(jiàn)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(pán)Yb：YAG激光器”，《光學(xué)信函》第28卷，第5期，第367–369頁(yè)

*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(guó)聯(lián)合項(xiàng)目PRIMUS的框架內(nèi)完成的，該項(xiàng)目得到了聯(lián)邦技術(shù)與技術(shù)聯(lián)合會(huì)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(cè)量條件：30000個(gè)脈沖，重復(fù)率1kHz，λ= 800nm；測(cè)量是根據(jù)ISO 11254在Laser Zentrum Hannover和Friedrich-Schiller-UniversitätJena進(jìn)行的

**自聚焦效果可能會(huì)在增透膜穩(wěn)定的同時(shí)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(duì)800nm處的高反射率進(jìn)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(hù)的銀鏡的群時(shí)延色散（GDD）

低損耗光學(xué)元件的反射率和透射率的測(cè)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(guò)腔衰蕩時(shí)間測(cè)量非常精確地測(cè)量。與在光譜儀中進(jìn)行測(cè)量相比，該方法具有三個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：

Ø適用于非常高的反射率和透射率

Ø無(wú)法獲得比實(shí)際值高的測(cè)量值

Ø它具有很高的準(zhǔn)確性

Basic CRD Measurement Setup

基本CRD測(cè)量設(shè)置

Layertec隨附各種腔衰蕩系統(tǒng)，通過(guò)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(xì)信息，請(qǐng)參閱我們的目錄內(nèi)容“低損耗光學(xué)器件和腔衰蕩時(shí)間測(cè)量簡(jiǎn)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(cè)量示例

低損耗鏡 - CRD測(cè)量示例

轉(zhuǎn)向鏡 - 寬帶CRD測(cè)量示例

薄膜偏振片- CRD測(cè)量示例

超寬帶飛秒激光光學(xué)器件（帶寬?1個(gè)八度音程）

此處顯示的涂層是針對(duì)一個(gè)八度的波長(zhǎng)（440 – 880 nm或550 – 1100 nm）計(jì)算的。對(duì)于中間波長(zhǎng)范圍，類(lèi)似的涂層也是可能的。

根據(jù)客戶(hù)要求，輸出耦合器和分束器的中心波長(zhǎng)，帶寬，GDD和反射率

光譜公差為中心波長(zhǎng)的1％

LIDT ∼ 0.1 J/cm²

內(nèi)部設(shè)計(jì)計(jì)算和GDD測(cè)量功能

負(fù)色散激光鏡對(duì)

圖1：超寬帶負(fù)色散激光鏡對(duì)的反射率（a）和GDD（b）光譜

AYERTEC設(shè)計(jì)的反射鏡對(duì)顯示出非常平滑的平均GDD頻譜，盡管單個(gè)寬帶反射鏡表現(xiàn)出強(qiáng)烈的GDD振蕩。

負(fù)色散泵鏡對(duì)

圖2：超寬帶負(fù)色散泵浦反射鏡對(duì)的反射率（a）和GDD（b）光譜

超寬帶負(fù)色散轉(zhuǎn)向鏡對(duì)

圖3：超寬帶轉(zhuǎn)向鏡對(duì)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(duì)隨機(jī)偏振光的反射和透射光譜

Ø氧化物涂層具有較高的機(jī)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(kāi)發(fā)和生產(chǎn)客戶(hù)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(shí)的T> 85％變化到AOI = 45°時(shí)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(duì)氟和氯具有高穩(wěn)定性

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

ØCaF2的高品質(zhì)鏡面基板，窗戶(hù)和鏡片（肖特公司248nm受激準(zhǔn)分子級(jí)或紫外線(xiàn)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***