I. 光学レンズ基板:主要性能パラメータの定量選択

塗装の性能は基板の特性から切り離せない.基板は塗装の出発点だけでなく,その熱力学,光学,部品全体が高功率負荷に耐えられるかどうかの基礎です基板の選択には,以下の基本パラメータの定量的な考慮が必要です.

• 光学特性:屈折率と吸収係数は,コーティングスタックを設計し熱負荷を評価するための出発点です.10−3cm−1) は,高電力で有意な熱効果を生むことができる..

• わかった熱力学特性:熱伝導性は散熱率を決定し,熱膨張係数 (CTE) は熱ストレスの大きさに影響する.基板のCTEとコーティング層の不一致は,故障の主な原因です..

• わかったメカニカルプロパティ硬さと弾性モジュールは加工困難性と環境耐久性に影響します.

クォーツガラス

わかった高功率レーザー基板材料には,以下のようなものがあります.

• 溶融シリコン:最も広く使われています 紫外線からNIRまでの性能が優れています CTEは非常に低く 熱安定性も良好です

ZMSH 溶けたクォーツ・ウェーフ

• わかったボロシリケートガラス (BK7など):低コストで,中低功率のシナリオではよく使用されますが,熱伝導性が低下し,CTEが高くなります.

わかった

ZMSH 高ボロシリケートガラスウエフラー

• 結晶材料:シリコン (Si),ゲルマニウム (Ge) (中から遠IR),サファイア (極端な環境では非常に高い硬さ),CaF2/MgF2 (深紫外線) など.これらは通常高価で処理が困難です.

• 熱レンズ計算:100W連続波レーザーでは 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.

• わかった熱力ストレス分析:CTEの差は,コーティング・基板のインターフェースの熱ストレスを直接影響する.CTEの不一致は,高功率熱循環下でコーティングのクラッキングまたは脱laminationの主な原因である.

II.コーティング要件に関する定量指標

1レーザー誘導損傷限界 (LIDT):

• 測定基準:ISO 21254 規格に従っている.

• 性能レベル:

1. 従来のEビーム蒸発コーティング: ~5-15 J/cm2 (ナノ秒パルス,1064nm)

2. イオン補助堆積 (IAD) コーティング: ~15-25 J/cm2

3. イオンビームスプッターリング (IBS) コーティング: > 30 J/cm2,上級プロセスは50 J/cm2を超えることができる.

• 挑戦:フェムト秒パルスレーザーの場合,損傷メカニズムは異なる.LIDTは通常,数百GW/cm2からTW/cm2のレベルを必要とする電力密度として表現される.

2. 吸収及び散乱損失:

• 吸収:レーザーカロリメトリを用いて測定される. 高級型IBSコーティングでは,大量吸収損失 < 5ppm (0.0005%),表面吸収損失 < 1ppmが必要である.

• 散らばる統合散乱計を用いて測定する.総合散乱計 (TIS) は < 50 ppm になる.

3スペクトル性能精度:

• わかった高反射 (HR) コーティング:反射性 R > 99.95% 中央波長で,上位レベルには R > 99.99% が必要である.帯域幅 Δλ は設計値 (例えば,Nd:YAGレーザーの 1064nm に対して ± 15nm) を満たさなければならない.

• わかった抗反射 (AR) コーティング:残留反射性R < 0.1% (単面),上層層にはR < 0.05% ("超反射性コーティング") が必要である.超高速レーザーアプリケーションで使用されるブロードバンドARコーティングでは,R < 0.数百ナノメートルの帯域幅では 5%が必要です.

コーティングプロセスとコアパラメータ比較

コーティングプロセスのパラメータの比較:
 

• IBS を選択します.システム要求がLIDT > 25 J/cm2と吸収量 < 10 ppmを求める場合,IBSは唯一の選択である.

• IAD を選択します.予算が限られているが,LIDTは 15-20 J/cm2 の範囲で必要である場合,IADは最も費用対効果の高いソリューションです.

• わかったE線を選択します.主に低ダメージスロージムの要件や初期プロトタイプのエネルギーレーザーに使用される.

IV.コーティングの適合の定量検証

わかった

1LIDT試験 (ISO 21254):

• 方法:テストビームスポット内の複数のサイトを 照射する1対1の方法を用いて 各サイトを1回だけ

• データ分析損傷確率曲線は線形回帰によって設定され, 0% の損傷確率に対応するエネルギー密度の値は LIDT として定義される.

• わかったビームスポットサイズ:通常は200-1000μmで,エネルギー密度を計算するために正確に測定する必要があります.

吸収測定:

• わかったレーザー熱測定:直接測定する 温度上昇のサンプル 吸収レーザーエネルギー 感度 0.1 ppm に達します.

• わかった表面熱レンズ技術:極めて高い感度で 表面吸着と散布を区別できます

光スペクトロメーター

3スペクトル性能:

• 光スペクトロメーター:±0.05%までの精度,反射性/伝達性 (R/T) の測定に使用される.

• わかった白光干渉計:厚さ制御の精度は<0.1%に達する.

課題の定量的な説明

1欠陥による電気フィールド強化:結核欠陥はLIDTの最大の殺人者である.高さ100nmの結核欠陥は,レーザー電場が通常の領域と比較して2-3倍に局所的に強化される可能性があります.損傷の限界値と電場強度の逆平方関係を考えるとこの時点でLIDTは通常の領域の 1/4 から 1/9 に低下します.

2熱管理の課題の定量化10kWの連続波レーザーが鏡に反射されると仮定すると 吸収速度はわずか5ppmであっても 50mWの電力が吸収されます光学コンポーネント内の温度グラデーション (ΔT) と対応する熱変形 (光学経路差)OPDは以下のように計算できる: OPD = (dn/dT + α(n-1)) * ΔT * t,ここで dn/dTは熱光学係数,αは熱膨張係数,tは厚さである.この変形は,梁の質を著しく低下させる (M2因数を増やす).

3超高速レーザーの非線形効果フェムト秒レーザーダメージしきい値は,パルス幅 (~√τ) の平方根に比例する.理論上は,10nsパルス下ではLIDTが40 J/cm2であるコーティングは,LIDTが約0である..100 fs パルス下では 4 J/cm2 (実際のメカニズムは多光子吸収を含むより複雑である).

わかった

4大開口部品の均一性制御:直径 > 500 mm の基板では, ± 0.1% の内でのコーティング厚さの均一性を確保することは,噴射源の配置に非常に困難です.そして真空室内の圧力と温度フィールドの均一性.

高性能レーザーコーティングは 芸術から正確なデータ科学へと進化しましたLIDTにおけるあらゆるJ/cm2の突破は LIDTの物理的メカニズムを深く理解した上で構築されていますプロセスのパラメータをナノスケールで制御し,パフォーマンス指標の定量的な特徴付け.コート技術に対する要求は 物質物理学の絶対限度に近づく次の世代の技術パラメータの基準を定義するために,学際的な革新が必要です.

結論

ZMSHは光学材料部門で10年間の専門知識を持ち,成熟した統合産業貿易システムを核心の強みとして活用しています.高級半導体材料の精密カスタマイズと加工に特化した高純度サファイア,シリコンカービード (SiC) と溶融したシリックスを含む.

高功率レーザーシステムが 光学部品に課す 極端な要求,特にレーザー誘導損傷限界 (LIDT) に関する 深い理解を持っています熱安定性この専門知識により 材料の性質を 離子ビームスプッターリング (IBS) や顧客に包括的な全チェーンソリューションを提供します 基板の選択とコーティングシステムの設計から精密製造まで.

極度の光学,熱,機械的な負荷下で 信頼性の高いパフォーマンスを維持します最終的にレーザーシステムに力を与え 電力と安定性の限界を押し上げる.