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激光反射鏡的選型和常規指標介紹

來源:聯合光科技(北京)有限公司   2025年02月28日 16:50  
激光反射鏡的簡介

高能激光技術經歷了60年的飛速發展,激光系統中的反射鏡也承受著越來越高的功率密度,傳統的反射鏡基片材料、表面鍍膜層和表面質量標準等已不能適應高能激光系統的需要。激光輻射對反射鏡(及其他光學元件)的損傷主要有三種形式:一是因光吸收導致的熱效應;二是短脈沖激光輻射造成的介質擊穿;三是超短脈沖材料激光下,因高的峰值功率而直接導致物質化學鍵破壞。因此,反射鏡在傳輸高能激光束時,由于激光輻射作用及反射鏡材料的熱膨脹、局部熱應力以及反射鏡固定時的機械應力等原因,會使反射鏡面發生形變,影響光束的傳輸質量。

激光反射鏡是激光系統中的主要光學元件,包含單點波長激光反射鏡、寬帶激光反射鏡,在激光光學系統中起到反射光線、折轉光路等作用。廣泛的應用在激光打標、激光焊接、激光微加工、非線性光學和各種以激光為光源的教育科研相關領域等。激光反射鏡的好壞直接影響著激光系統的性能。

激光反射鏡技術指標

在高能激光系統中,制約著反射鏡性能的因素已不單單是反射率,還包括了激光損傷閾值、表面質量等。選擇激光反射鏡時,最重要也是最難選擇的是激光損傷閾值。

激光損傷閾值
激光損傷閾值是衡量一個光學元件承受光輻射能力的參數,表示可以承受的最大光功率密度(連續光源)或最大能量密度(脈沖光源),單位分別是W/cm2J/cm2。如下圖,是聯合光科的Zerodur激光線介質反射鏡系列產品的激光損傷閾值及其他部分參數。

激光反射鏡的選型和常規指標介紹
圖2 Zerodur激光線介質反射鏡參數

連續激光對光學元件的損傷,主要是由光吸收形成的熱效應造成的,損傷閾值由最高可承受的激光功率密度表示。
激光反射鏡的選型和常規指標介紹
,單位是W/cm2,如,一個功率為100W的連續激光,光斑直徑為5mm,則
激光反射鏡的選型和常規指標介紹

這樣求得的是整個光斑上功率密度的平均值。

脈沖激光對元件的損傷閾值,通常由最大可承受的脈沖能量密度來表示,
激光反射鏡的選型和常規指標介紹
,單位是J/cm2,如,一個單位脈沖能量為0.5J的脈沖激光,脈寬為20ns,光斑直徑為5mm,則
激光反射鏡的選型和常規指標介紹
,同樣這也是一個平均值。

對于脈沖寬度為皮秒(ps)和飛秒(fs)的超快激光,由于在激光脈沖內有高的峰值功率和電場強度,其損傷閾值通常無法從納秒脈沖的損傷閾值中計算得到,且損傷機制和脈沖寬度有很大關系,不易表征。

判斷激光反射鏡的激光損傷閾值是否滿足要求時,有幾點需要注意:

1. 對于連續激光,對于連續激光,為了保險起見,通常在計算得到的激光功率密度上乘2,來表示高斯光束中心區域的功率密度。

2. 對于連續激光,光學元件的激光損傷閾值隨波長成比例關系,例如,在532nm處的損傷閾值大約是1064nm處閾值的一半。

3. 對于脈沖激光光束,常有一些較高功率的熱點,為了保證反射鏡不被損壞,建議在計算得到的能量或功率密度乘上2或3倍的安全系數。

4. 對于脈沖寬度在微秒(μs)和納秒(ns)之間的脈沖激光,損傷閾值和脈沖的時域寬度的平方根成比例關系。例如,一個光學元件在1μs脈沖下的損傷閾值,是其在10ns脈沖下損傷閾值的10倍。

5. 若激光脈沖寬度在毫秒(ms)和連續激光之間,則要同時滿足激光反射鏡的連續和脈沖激光損傷閾值。


表面面型

表面面型偏差指的是光學元件表面與理想標準面的偏差量,由光圈或表面平整度來表示。聯合光科提供的激光反射鏡標準品有兩種面型精度,分別是λ/4@632.8nmλ/10@632.8nm,對于平面反射鏡來說,數值越小表示表面越平整。

表面光潔度
表面光潔度,表示光學表面的劃痕和麻點,越小的值表示劃痕和麻點的尺寸越小。對于激光系統,光學元件的高表面光潔度尤為重要,可以有效降低光的散射。聯合光科提供的激光反射鏡具有高表面光潔度,一般優于20-10,甚至在10-5范圍內。

激光反射鏡應用和選型

激光反射鏡被應用于非常廣泛的領域,包括:激光器、激光設備、醫療儀器、光通訊等。聯合光科可提供多種應用于不同工作場景的激光反射鏡,包括:

工作波長:355nm532nm1064nm266-20000nm

入射角:45°0-15°0-45°

表面面型:λ/4@632.8nmλ/10@632.8nm

反射率:具有多種不同高反射率大小的激光反射鏡,通常反射率>99%;

損傷閾值:不同激光類型有多種不同高損傷閾值的產品,如,500W/cm2for CW laser5J/cm2for 10nsec pulses等;

反射鏡基底材料:根據應用的波長不同、功率不同、環境不同等因素,可以選擇不同的反射鏡基底,包括,熔融石英、紫外級熔融石英(UV Fused Silica)、微晶玻璃(Zerodur)、硼硅玻璃(Borofloat® 33)等;

尺寸大小:直徑為12.7mm25.4mm50.8mm12.5mm25mm50mm等各種尺寸反射鏡;


選擇激光反射鏡時,以上基底材料、反射率、面型、損傷閾值、相應工作環境等都是需要考慮的因素。


聯合光科可以提供激光反射鏡標準品如下:詳細請點擊鏈接——激光反射鏡


表2 聯合光科可提供激光反射鏡標準品及應用領域
激光反射鏡的選型和常規指標介紹




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