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北京波威科技有限公司

高功率反射镜

高功率镜子必须能够承受非常高的辐射功率，即使在长时间照射下也不得受到任何损坏。损伤阈值 LIDT 是光学元件电阻的基准。

LIDT

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图 1：
一）不同脉冲长度的主要破坏机制
二）测量 LIDT 后的镜子：可见点是涂层中激光诱导的损伤
 
 
LIDT 取决于许多参数。层属性（例如热性能、清洁度、带隙）和基板属性（例如材料、表面质量）必须与应用参数（例如波长、脉冲持续时间、重复率、光束直径、真空与大气成分）相匹配。
 
在激光过程中，光学元件受三种主要破坏机制的影响：
  • CW – NS →由于涂层材料内的吸收而导致的热破坏。
  • ns – ~20 ps →由于缺陷处的吸收而导致的局部加热。
  • ~20 ps – fs 和更短的 → 电离效应破坏。
我们生产的光学元件具有非常高的破坏阈值。本技术报告总结了所选 LAYERTEC 光学器件的确认破坏阈值。

车削镜子

偏转镜专门改变入射光的方向。通过选择镀膜，可以针对特定波长范围和特定入射角调整反射镜的反射率。此外，反射镜可以针对振荡方向（极化）和高破坏阈值进行优化。

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图 2：
一）多样化的转向镜
二）生产过程中的 45° 椭圆形转向镜（所谓的“香肠片”） （抛光过程）
 
 
LAYERTEC 生产几乎所有入射角和偏振类型的偏转镜，既可以作为针对一个波长优化的布拉格镜，也可以作为宽带镜。例如，根据要求，可以适应高激光功率和/或短脉冲。此外，可以计算镀膜在最大反射下的最低损耗或定义的残余透射率。

谐振器镜像

激光谐振器是激光器的核心。激光束是在其中产生的。它由一个完全反射镜和一个部分反射镜组成。它们之间有源激光介质，它由泵机构激发。
 
端镜几乎 100% 反射光线。输出镜具有较低的定义反射率，并从谐振器发射激光束。如果端镜还用作耦合镜，则它还具有抗反射层，可让泵浦辐射进入。
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图 3：
一）光腔示意图
二）不同谐振镜的范围
 
 
LAYERTEC 为 130 nm – 7 μm 光谱范围内的所有激光器生产谐振镜。根据激光器类型，使用经过多年验证的材料组合和设计结构。除了网上商店的分类外，还根据客户要求制造单独的特殊镜子。
 
例如，对于溅射镜，谐振器中的功率控制可以独立于极化。为此，使用定义的残差传输。通常必须使用特殊的覆盖层来确保真空适用性或紫外线稳定性。
 
通过将抛光极好的基板与溅射涂层相结合，我们实现了非常高的反射值（取决于波长和表面质量，最高可达 99.999%），因此即使是微弱的激光线也可以被激发。

扫描镜像

扫描镜用于激光材料加工，使激光束在工件上快速灵活地移动。它们通常在背面以片材的形式铣削出来。由于这种特殊的设计，它们非常轻薄，以实现快速的方向变化。
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图 4：扫描镜组
 
 
扫描镜是 LAYERTEC 产品系列的既定组成部分。为此目的开发的层设计既提供了高性能稳定性，又提供了反射率必要的角度不变性。特别是金属基镜与介电层的组合，以增加功率激光器的反射率，允许在加工区域区域直接成像。

准分子镜

当激光器在紫外范围内使用（准分子激光器）时，光学元件会暴露在非常高的能量下。此外，准分子激光器以脉冲模式运行，并产生具有高峰值强度的极短脉冲。因此，准分子光学元件必须具有高损伤阈值并且经久耐用。准分子激光器是气体激光器，通常使用氟操作。如果光学器件暴露在工艺气体中，基板和涂层也必须基于氟，否则它们会溶解。
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图 5：
一）准分子激光器的示意图
二）准分子镜（用于 248 nm 和 351 nm 的旋转镜）
 
 
LAYERTEC 生产用于所有准分子激光器 （F2激光 157 nm，ArF 激光 193 nm，KrF 激光 248 nm，XeCl 激光 308 nm，XeF 激光 351 nm）。用于氟基激光器的谐振镜和输出耦合镜由 CaF 组成2或 MgF2带有氟化物涂层的基材，也可用于与激光气体直接接触。输出耦合镜的反射率通常高达 R = 50 %。以 ±3% 的精度实现指定的反射率。
 
157 nm 和 193 nm 的偏转镜也基于 CaF 上的氟化物层系统2基质。这保证了高损伤阈值和长使用寿命。波长为 248 nm 的偏转镜由石英玻璃基板上的 UV 兼容氧化层系统组成。光束传输光学元件可以设计用于任何入射角。用于 45° 入射角的偏转镜作为标准组件提供。

MIR 反射镜

MIR 反射镜适用于中红外范围 （1.5 – 8 μm） 的激光辐射。这种辐射特别容易被碳氢化合物和水吸收。它主要用于医疗应用和塑料加工。
 
一方面，MIR 范围内的波长是由波长约为 2 μm（Ho：YAG 激光器、Tm：YAG 激光器）和 3 μm（Er：YAG 激光器）的直接激光激发产生的。另一方面，它们可以通过光学参量频率转换（周期性极化铌酸锂）产生，而没有直接的激光跃迁。这种光学参量振荡器的发射范围扩展到约 8 μm 的波长。
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图 6：
一）带先导激光器的 Er：YAG 系统
二）MIR 镜像
 
 
LAYERTEC 为 MIR 系列生产一系列反射和透射光学元件。熔融石英等标准基材以及标准涂层材料在此波长范围内部分显示出高吸收率。为了覆盖更广泛的波长范围，镀膜设计经过专门配置。

低损耗反射镜

低损耗镜应以尽可能小的损耗反射激光束。因此，低损耗反射镜的反射率为 99.99% 或更高，主要用于电磁辐射的频率测量和腔体衰荡 （CRD） 光谱仪。

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图 1：用于光学接触的低损耗反射镜
 
 
因此，制造商必须特别注意涂层系统中的吸收源，例如化学计量误差或杂质（例如 Fe、Cr、Cu）。
 
将散射光损失保持在尽可能低的水平也很重要。它们的大小主要取决于基底和内部界面的微粗糙度以及层的体积散射光。
 

表 1：LAYERTEC 目前达到以下值（LAYERTEC 基材和溅射 LAYERTEC 涂层的组合）：

作为标准，低损耗镜的减反射层应用于 Ø 6.35 mm 至 Ø 50.8 mm 的基板几何形状。

超快反射镜

超短激光脉冲包含大量不同波长的同步单个波。当脉冲激光束通过光学系统时，单个波的波长相关延迟（色散）会导致传播时间的差异。结果，激光脉冲变宽，脉冲能量降低。对于此类激光系统，需要光学元件来抵消传播时间 （GDD） 的这些差异。

啁啾电介质系统在我们公司进行溅射，因此其光学特性具有非常好的长期稳定性。必须考虑以下几个方面：
  • 复杂的啁啾涂层系统应应用于功能区域尽可能小的简单基材几何形状。
  • 我们镀膜直径为 12.7 mm – 25 mm 的圆形光学元件或入射面积为 10 x 40 mm 的矩形光学元件2– 15 x 45 毫米2作为标准。
  • 可定制的基材几何形状是可能的。
我们拥有测量站，用于确定平面啁啾光学元件在 250 – 1700 nm 波长范围内的色散。
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图 1：根据光学角度的激光脉冲展宽

啁啾镜

当超短激光脉冲通过光学系统时，其形状会发生变化。由于波长依赖性色散，每个单独的波都会延迟到不同的程度，并且传播时间会有所不同。结果，激光脉冲变宽，脉冲能量降低。为了中和这种影响，使用了啁啾镜。
 
LAYERTEC 根据客户要求生产特殊的介电系统（反射镜、泵浦反射镜、短通或长通滤波器、解耦器等），这些系统可对 200 – 5000 nm 波长范围内的相位响应（即负或正 GDD）产生适应性影响。
 
具有简单布拉格镜（经典 λ/4 镜）或更大带宽的相位校正反射系统称为啁啾镜。另一方面，在仅几纳米带宽上具有（高）负 GDD 的 ps 激光器的相位校正镜称为 GTI 镜。
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图 2：带有普克尔斯单元的腔倾倒皮秒激光器的示意图
 
 
通常可以计算和制造带宽与布拉格镜大小相当的啁啾镜，而无需对 GDD 进行更多振荡。
 
所需的带宽越大，GDD 的振荡就越强。在这些情况下，我们原则上建议将这种 GDD 振荡与其他光学元件（例如通过啁啾反射镜对）进行相互补偿。

啁啾镜对

啁啾镜用于补偿超短激光脉冲的色散相关传播时间差。如果 GDD 曲线中的振荡很强，则需要一对啁啾镜（由两个啁啾镜组成）。对于具有高带宽的镜像来说尤其如此。
 
啁啾镜的 GDD 曲线不表示直线曲线，但显示振荡。这些带宽的强度取决于频谱带宽等因素。对于小于同类布拉格镜带宽的 GDD 带宽，振荡相当小。另一方面，具有高带宽的镜子显示出强烈的 GDD 振荡。
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图 3：
一）负色散反射镜对的 GDD 光谱
二）啁啾镜对
 
 
可以通过使用相应的镜像对来实现校正。它们由两个不同涂层的介电镜组成，具有相反的 GDD 曲线，激光束可以在这两个反射镜之间根据需要来回反射（见图）。这些反射镜针对小入射角进行了优化，因此可以实现大量反射。

GTI 镜像

GTI 反射镜（Gires-Tournois 干涉仪）用于非常窄的波长范围的强时间对准。这使得它们特别适用于紧凑型 ps 激光系统（例如 Yb：YAG 或 Yb：KGW 激光器）。
 

表 1：常见 GTI 镜像的示例值：

波长范围反射率 [%]GDD [fs²]
1020 – 1080 nm99.9-250 ±50
780 – 820 nm99.8-500 ±75
1040 nm99.95-1000 ±100
1030 nm99.9-10000 ±1500
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图 4：
一）具有不同 GDD 值的 1030 nm 不同 GTI 反射镜的 GDD 光谱（Yb 的 GTI 反射镜：YAG 和 Yb：KGW 激光器）
二）GTI 镜像
 
 
二十多年来，LAYERTEC 一直为全球领先的 ps 激光器制造商制造 GTI 反射镜。
 
为了增加脉冲功率和/或高重复率，您还可以使用多个 GTI 镜像来实现所需的校正。对于极端要求，通常必须在最大反射率、GDD 值和损伤阈值之间做出妥协。由于此类系统的负载很重，热透镜问题在破坏之前就已经出现。

用于超快应用的金属反射镜

铝、银或金的金属层一方面具有在宽带宽上反射光的优势，另一方面不会改变单个波相对于彼此的相位位置。因此，金属反射镜非常适合短脉冲激光器的光束引导。
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图 5：Off Axis 银色增强镜
 

额外的介电涂层可保护金属层免受与空气成分（氧气、硫）的化学反应，具有长期稳定性。同时，可以在有限的光谱范围内增加反射率，而相位响应几乎不受影响。

这种反射增强金属镜也经常用作扫描光学元件。

特殊镜子

LAYERTEC 为各种专业应用提供镜子，例如：
  • 大带宽、低色散的金属反射镜
  • 零相移镜以及相移镜
  • 用于弱激光线的谐振镜
  • Herriott 细胞

金属镜

金属是低激光功率应用的成熟镜面材料。它们在宽光谱带宽（尤其是在 MIR 范围内）提供高反射率，与色散相关的传播时间差异可以忽略不计。
 
LAYERTEC 使用磁控溅射工艺生产具有极低杂散光损耗的金属涂层。
 
我们生产金、银和铝镜。对于银镜和铝镜，建议应用额外的保护层。这可以防止它们氧化并允许它们被清洁。
 
此外，通过有针对性地应用更多层，可以提高定义波长的反射率。
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图 1：金属镜

零相移镜

在传统反射镜中，入射光束的偏振类型在反射过程中会发生变化。例如，s 偏振光变为 p 偏振光。零相移镜可确保保持入射光束的偏振类型。例如，在激光材料加工中，它用于将激光束从源头引导到切割头。
 
LAYERTEC 生产波长范围为 157 – 4500 nm 的零相移镜。这些组件抵消了反射光束的 s 偏振和 p 偏振部分之间的相移。因此，入射偏振模式得以保留。
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图 2：零相移镜的主图

相移镜

相移镜将线性偏振光转换为圆偏振光。这种效应在激光材料加工中特别有用，其中线性偏振会导致轴相关、不均匀的结果，例如在切割或钻孔中。
 
与波片的工作方式相反，即在垂直入射下传输激光束，相移镜通过反射和 45° 的入射角工作。该层系统经过优化，可在 s 偏振光和 p 偏振光之间实现特定的相位差。
 
一个典型的应用是在 45° 的入射角下 λ/4 ≙ 90° = π/2 的相位差，以产生线性偏振的入射光束的圆偏振辐射。我们还根据客户的要求实现其他价值。
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图 3：移相镜的工作原理

用于弱激光线的谐振器反射镜

掺钕晶体在不同波长下表现出激光跃迁。但是，这些具有不同的优势。如果要发射与较弱激光跃迁的波长相对应的激光辐射，则必须抑制较强激光跃迁的激光线。
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图 4：
一）谐振器镜像
二）双波长镜的反射光谱，适用于弱激光线及其二次谐波，泵浦波长和最强激光线具有高透射率
 
 
表 1：1319 nm659 nm
Nd: YAGNd: YVO4
激光波长二次谐波激光波长二次谐波
946 nm473 nm915 nm457 nm
1064 nm532 nm1064 nm532 nm
1123 nm561 nm1340 nm670 nm

Herriott 单元反射镜

Herriott 单元通过多次反射增加腔内激光束的光路，从而允许构建紧凑的谐振器。为此，它们由两个焦距相等的球面镜组成。赫里奥特细胞用于缩短激光脉冲。
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图 5：Herriott 单元的示意图
 
 
两个谐振器反射镜中的一个具有典型的非中心孔，用作离子束（或工艺气体）等的入口和出口。入口侧和出口侧各有一个锥形开口，以防止梁被剪断。
 
内部精密光学元件制造使我们能够满足复杂的基板规格。

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