Chi tiết blog

I. Các chất nền ống kính quang học: Lựa chọn định lượng các thông số hiệu suất chính

Hiệu suất lớp phủ không thể tách rời khỏi tính chất của nền tảng.và tính chất cơ học cũng là nền tảng cho việc liệu toàn bộ thành phần có thể chịu được tải trọng công suất caoChọn một chất nền đòi hỏi phải xem xét định lượng các thông số cốt lõi sau:

• Tính chất quang học:Chỉ số khúc xạ và hệ số hấp thụ là điểm khởi đầu để thiết kế bộ sưu tập lớp phủ và đánh giá tải nhiệt.10−3 cm−1) có thể tạo ra các hiệu ứng nhiệt đáng kể ở công suất cao.

• ​​Tính chất nhiệt động học:Tính dẫn nhiệt xác định tốc độ phân tán nhiệt, và hệ số mở rộng nhiệt (CTE) ảnh hưởng đến cường độ căng nhiệt.Sự không phù hợp giữa CTE của chất nền và lớp lớp phủ là nguyên nhân chính của sự cố.

• ​​Tính chất cơ học:Độ cứng và modulus đàn hồi ảnh hưởng đến khó khăn chế biến và độ bền môi trường.

Quartz Glass

​Các vật liệu nền laser công suất cao phổ biến bao gồm:

• Silica nóng chảy:Được sử dụng rộng rãi nhất, hiệu suất tuyệt vời từ UV đến NIR, CTE rất thấp, ổn định nhiệt tốt.

ZMSH Quartz hợp chất

• ​​Kính borosilicate (ví dụ: BK7):Chi phí thấp hơn, thường được sử dụng trong các kịch bản công suất trung bình đến thấp, nhưng dẫn nhiệt kém hơn và CTE cao hơn.

​

ZMSH Các miếng kính borosilicate cao

• Vật liệu tinh thể:Ví dụ như Silicon (Si), Germanium (Ge) (đối với IR trung bình đến xa), Sapphire (độ cứng cực cao cho môi trường khắc nghiệt), CaF2/MgF2 (đối với tia cực tím sâu).

• Tính toán ống kính nhiệt:Đối với một tia laser sóng liên tục 100W, the thermal distortion generated in a BK7 substrate with an absorption coefficient of 1×10⁻³ cm⁻¹ can be several times greater than in a fused silica substrate with an absorption coefficient of 5×10⁻⁴ cm⁻¹.

• ​​Phân tích căng thẳng nhiệt:Sự khác biệt trong CTE trực tiếp ảnh hưởng đến căng thẳng nhiệt tại giao diện lớp phủ-trong nền. sự không phù hợp của CTE là nguyên nhân chính gây nứt hoặc làm tách lớp phủ trong chu trình nhiệt công suất cao.

II. Chỉ số số lượng cho nhu cầu sơn

1- Mức ngưỡng thiệt hại do laser gây ra (LIDT):

• Tiêu chuẩn đo:Theo tiêu chuẩn ISO 21254.

• Mức hiệu suất:

1. Lớp phủ bốc hơi tia E thông thường: ~5-15 J/cm2 (lực xung nanosecond, 1064nm)

2. Lớp phủ hỗ trợ ion (IAD): ~ 15-25 J/cm2

3. Lớp phủ Ion Beam Sputtering (IBS): > 30 J/cm2, các quy trình cấp cao có thể vượt quá 50 J/cm2.

• Thách thức:Đối với laser xung femtosecond, cơ chế tổn thương khác nhau; LIDT thường được thể hiện dưới dạng mật độ công suất, đòi hỏi mức hàng trăm GW / cm2 đến TW / cm2.

2. Thất lượng hấp thụ và phân tán:

• Hấp thụ:Được đo bằng cách sử dụng nhiệt đo bằng laser. Lớp phủ IBS cao cấp đòi hỏi mất hấp thụ khối < 5 ppm (0.0005%), mất hấp thụ bề mặt < 1 ppm.

• Phân tán:Được đo bằng cách sử dụng phân tán tích hợp; tổng phân tán tích hợp (TIS) nên < 50 ppm.

3Độ chính xác hiệu suất quang phổ:

• ​​Lớp phủ phản xạ cao (HR):Độ phản xạ R > 99,95% ở bước sóng trung tâm, cấp trên yêu cầu R > 99,99%.

• ​​Lớp phủ chống phản xạ (AR):Độ phản xạ còn lại R < 0,1% (đơn lẻ), cấp trên yêu cầu R < 0,05% ("mảng phủ chống phản xạ siêu").5% được yêu cầu trên băng thông hàng trăm nanomet.

III. Quá trình sơn và so sánh các thông số cốt lõi

So sánh các thông số quy trình sơn:

• Chọn IBS:Khi các yêu cầu hệ thống yêu cầu LIDT > 25 J/cm2 và hấp thụ < 10 ppm, IBS là lựa chọn duy nhất.

• Chọn IAD:Khi ngân sách bị hạn chế nhưng cần LIDT trong khoảng 15-20 J / cm2, IAD là giải pháp hiệu quả nhất về chi phí.

• ​​Chọn E-beam:Chủ yếu được sử dụng cho laser năng lượng với yêu cầu ngưỡng tổn thương thấp hoặc tạo mẫu sơ bộ.

IV. Kiểm tra định lượng sự phù hợp của lớp phủ

​​

1. Kiểm tra LIDT (ISO 21254):

• Phương pháp:Sử dụng phương pháp 1 đối với 1, bức xạ nhiều vị trí trong điểm chùm thử nghiệm, mỗi vị trí chỉ một lần.

• Phân tích dữ liệu:Đường cong xác suất hư hại được điều chỉnh bằng cách hồi quy tuyến tính; giá trị mật độ năng lượng tương ứng với xác suất hư hại 0% được xác định là LIDT.

• ​​Kích thước điểm chùm:Thông thường 200-1000 μm, phải được đo chính xác để tính mật độ năng lượng.

2. đo hấp thụ:

• ​​Laser Calorimetry:Kiểm tra trực tiếp sự gia tăng nhiệt độ của một mẫu hấp thụ năng lượng laser.

• ​​Kỹ thuật ống kính nhiệt bề mặt:Độ nhạy cực cao, có thể phân biệt giữa hấp thụ khối lượng và bề mặt.

Máy đo quang phổ

3Hiệu suất quang phổ:

• Máy đo quang phổ:Độ chính xác lên đến ± 0,05%, được sử dụng để đo độ phản xạ / truyền (R / T).

• ​​Đường đo ánh sáng trắng:Sử dụng để đo độ dày lớp phủ và hình thái bề mặt; độ chính xác kiểm soát độ dày có thể đạt < 0,1%.

V. Mô tả định lượng các thách thức

1. Tăng cường điện trường do lỗi: Các khiếm khuyết nodular là nguyên nhân gây tử vong lớn nhất của LIDT. Một khiếm khuyết nodular cao 100 nm có thể gây ra sự tăng cường địa phương của trường điện laser gấp 2-3 lần so với khu vực bình thường.Với mối quan hệ hình vuông nghịch giữa ngưỡng tổn thương và cường độ trường điện, LIDT tại thời điểm này giảm xuống 1/4 đến 1/9 của khu vực bình thường.

2. Xác định số lượng các thách thức quản lý nhiệt: Giả sử một tia laser sóng liên tục 10 kW được phản xạ bởi một tấm gương, ngay cả với tốc độ hấp thụ chỉ 5 ppm, 50 mW của sức mạnh sẽ được hấp thụ.nó tạo ra gradient nhiệt độ (ΔT) trong thành phần quang học và biến dạng nhiệt tương ứng (Sự khác biệt đường quang học)OPD có thể được tính như sau: OPD = (dn/dT + α(n-1)) * ΔT * t, trong đó dn/dT là hệ số quang nhiệt, α là hệ số giãn nở nhiệt và t là độ dày.Sự biến dạng này làm suy giảm nghiêm trọng chất lượng chùm (tăng yếu tố M2).

3. Hiệu ứng phi tuyến tính của laser siêu nhanh: Mức ngưỡng tổn thương laser femtosecond là tỷ lệ thuận với gốc vuông của chiều rộng xung (~√τ). Về mặt lý thuyết, một lớp phủ với LIDT 40 J / cm2 dưới xung 10 ns sẽ có LIDT khoảng 0.4 J/cm2 dưới xung 100 fs (mặc dù cơ chế thực tế phức tạp hơn, liên quan đến hấp thụ nhiều photon).