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深圳海納光學(xué)有限公司
主營產(chǎn)品： 激光護(hù)目鏡，可飽和吸收鏡，衍射光學(xué)元件，光束整形器，太赫茲透鏡，太陽能模擬器，太赫茲相機，激光測量儀，離軸拋物面鏡，微透鏡陣列 |
公司信息
衍射光學(xué)元件的損傷閾值
2019-1-24 閱讀(1062)
衍射光學(xué)元件簡稱為DOE，目前在激光加工設(shè)備中的應(yīng)用越來越普遍，能夠現(xiàn)實的光學(xué)加工效果。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，商用激光器功率不斷增加，許多系統(tǒng)集成商和用戶擔(dān)心，衍射光學(xué)元件（DOE）可能無法承受這么高的功率。因此，激光損傷閾值（LIDT或LDT，laser induced damage threshold）的參數(shù)是選擇光學(xué)元件時重要的參數(shù)之一。
激光器覆蓋了很寬的波長范圍內(nèi)（從紫外到遠(yuǎn)紅外）和時間范圍（超快到持續(xù)波），不同的激光對應(yīng)不同的損傷原理。
超短脈沖 （t <0.5 [ns]） | 納秒脈沖 （0.5 [ns] <t <100 [ns]） | 連續(xù)波（CW） （t> 1 [μs]） | |
損傷類型 | 介電ji穿 | 介電ji穿 | 材料過熱，導(dǎo)致化學(xué)降解 |
雪崩電離 | ·對于高脈沖重復(fù)率，可能會出現(xiàn)熱效應(yīng)，類似于CW光束。 |
在實際應(yīng)用中，有三個主要影響激光損傷閾值LDT的因素。
1）制造工藝 - 原材料和制造過程中的缺陷。
選擇具有高光學(xué)質(zhì)量（表面質(zhì)量20-10 Scratch-Dig或更好的熔融石英）的基片。整個制造過程在潔凈無塵的實驗室中，還會對每個元件進(jìn)行缺陷檢查。
2）鍍膜層 - AR鍍膜層中的污染物。
使用具有高QA的離子輔助沉積（IAD）抗反射（AR）膜層。
3）使用 - 熱恢復(fù)期，元件的使用環(huán)境以及清潔和維護(hù)方式。
Holo/Or制定了安全使用和清潔的協(xié)議，以及*的LDT測試（參見下面的示例）。
衍射光學(xué)元件DOE的激光損傷閾值測試（LASHARE EU project）
實驗方法：在實際生產(chǎn)環(huán)境中（非潔凈室）用激光照射DOE的8個不同位置，并持續(xù)增加每一束激光的功率，如果鏡片表面沒有損傷，則表示當(dāng)前功率密度在損傷閾值之下，一旦出現(xiàn)打壞的情況則說明此時超過了損傷閾值。
測試流程：
波長 | 1030 [nm] |
重復(fù)頻率 | 800 [kHz] |
脈寬 | 6 [ps] |
空間脈沖形狀 | 高斯光 |
時間脈沖形狀 | 高斯光 |
照射持續(xù)時間 | 30 [s] |
照射位置P. | 1, …, 8 |
每個位置P的照射間隔 | 5 [s] |
每個位置P之間的距離 | ~1 [mm] |
焦點直徑 （表面） | 70 [um] |
重復(fù)實驗次數(shù) | 5 |
用于測試的DOE參數(shù)：
材料：紫外熔融石英
表面質(zhì)量：20-10 Scratch-Dig（或更好）
鍍膜性能：Ravg <0.2％
DOE的鍍膜類型
這里準(zhǔn)備了三組不同的DOE進(jìn)行測試，無增透膜、單面鍍膜（非衍射面）和雙面鍍增透膜。
測試結(jié)果:
激光照射后保存左圖的狀態(tài)則認(rèn)為沒有明顯的損傷，而出現(xiàn)右圖變色或損壞的狀態(tài)則表明DOE被損傷。這種損傷有可能發(fā)生在平坦的區(qū)域或者光柵區(qū)域。
| 無增透膜 | 單側(cè)鍍膜 | 雙面鍍膜 | |||
| 未損傷 | 損傷 | 未損傷 | 損傷 | 未損傷 | 損傷 |
功率（平均值）[W] | 57 | 58 | 62 | 64 | 53 | 54 |
能量密度）[J/cm2] | 1.95 | 1.98 | 2.12 | 2.18 | 1.81 | 1.84 |
峰值功率密度 [GW/cm2] | 1297 | 1320 | 1411 | 1457 | 1206 | 1229 |
每組產(chǎn)品都有一列未損傷的數(shù)值和損傷的數(shù)值，未損傷的數(shù)值表示在未檢測到DOE損傷的情況下測量的高功率/能量值。損傷的數(shù)值列表示實驗過程中讓DOE產(chǎn)生損傷的功率值。
從這個表格可以看出DOE的損傷閾值大概在1200GW/cm2，是否鍍增透膜對損傷閾值的影響不大，未鍍增透膜的DOE實際上是純石英結(jié)構(gòu)，用戶使用多的鍍雙面增透膜DOE損傷閾值之比未鍍膜的DOE低不到10%。
