I. Substrati di lenti ottiche: selezione quantitativa dei principali parametri di prestazione

Le prestazioni del rivestimento sono inseparabili dalle proprietà del substrato, che determina non solo il punto di partenza del rivestimento, ma anche le sue caratteristiche termodinamiche, ottiche,e proprietà meccaniche sono anche il fondamento per se l'intero componente può sopportare carichi di alta potenzaLa selezione di un substrato richiede una considerazione quantitativa dei seguenti parametri fondamentali:

• Proprietà ottiche:L'indice di rifrazione e il coefficiente di assorbimento sono i punti di partenza per la progettazione della pila di rivestimento e la valutazione del carico termico.10−3 cm−1) può produrre effetti termici significativi ad alta potenza.

• - Sì.Proprietà termodinamiche:La conduttività termica determina il tasso di dissipazione del calore e il coefficiente di espansione termica (CTE) influisce sull'entità dello stress termico.Il disallineamento tra la CTE del substrato e lo strato di rivestimento è la causa principale del guasto.

• - Sì.Proprietà meccaniche:La durezza e il modulo di elasticità influenzano la difficoltà di lavorazione e la durata ambientale.

Vetro di quarzo

- Sì.I materiali comuni per il substrato laser ad alta potenza includono:

• Silice fuso:Il più utilizzato, prestazioni eccellenti da UV a NIR, CTE molto basso, buona stabilità termica.

ZMSH Wafer di quarzo fuso

• - Sì.b. "tecnologia" per l'elaborazione, la produzione e la distribuzione di materiale materiale;Costo inferiore, spesso utilizzato in scenari di potenza da media a bassa, ma con una conduttività termica inferiore e una CTE più elevata.

- Sì.

ZMSH Wafer di vetro ad alto borosilicato

• Materiali cristallini:Come il silicio (Si), il germanio (Ge) (per IR medio-lungo), lo zaffiro (durezza estremamente elevata per ambienti estremi), CaF2/MgF2 (per UV profondi).

• Calcolo della lente termica:Per un laser a onda continua da 100 W, 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.

• - Sì.Analisi dello stress termico:La differenza di CTE influisce direttamente sullo stress termico all'interfaccia rivestimento-sottostrato.

II. Indicatori quantitativi per i requisiti di rivestimento

1Limite di danno indotto dal laser (LIDT):

• Norma di misurazione:Segue lo standard ISO 21254.

• Livelli di prestazione:

1. Copertura di evaporazione del raggio E convenzionale: ~5-15 J/cm2 (impulso di nanosecondi, 1064nm)

2. Covo di deposizione assistita da ioni (IAD): ~15-25 J/cm2

3. b. sistemi di rilevamento e di rilevamento di parti di materiale materiale, comprese le parti di materiale materiale e le parti di materiale materiale.

• Sfida:Per i laser a impulso di femtosegondi, il meccanismo di danno è diverso; il LIDT è solitamente espresso come densità di potenza, che richiede livelli da centinaia di GW/cm2 a TW/cm2.

2. Perdite di assorbimento e di dispersione:

• Assorbimento:Misurato con calorimetria laser. I rivestimenti IBS di fascia alta richiedono una perdita di assorbimento di massa < 5 ppm (0.0005%), una perdita di assorbimento superficiale < 1 ppm.

• Dispersione:Misurata utilizzando la scatterometria integrata, la dispersione integrata totale (TIS) deve essere < 50 ppm.

3Accuratezza delle prestazioni spettrali:

• - Sì.b. con una lunghezza massima di 20 mm o più, ma non superiore a 20 mm;Riflettività R > 99,95% alla lunghezza d'onda centrale, il livello superiore richiede R > 99,99%.

• - Sì.b. con una lunghezza di 20 mm o più, ma non superiore a 20 mm;Per i rivestimenti AR a banda larga utilizzati nelle applicazioni laser ultraveloci, R < 0.Il 5% è richiesto su una larghezza di banda di centinaia di nanometri.

III. Processi di rivestimento e confronto dei parametri di base

Confronto dei parametri del processo di rivestimento:
 

• Scegliere IBS:Quando i requisiti del sistema richiedono LIDT > 25 J/cm2 e assorbimento < 10 ppm, l'IBS è l'unica scelta.

• Scegliere IAD: Quando il budget è limitato ma è necessaria una LIDT nell'intervallo di 15-20 J/cm2, l'IAD è la soluzione più conveniente.

• - Sì.Selezionare il raggio E:Utilizzato principalmente per laser ad energia con requisiti di soglia di danno bassi o prototipazione preliminare.

IV. Verifica quantitativa della conformità dei rivestimenti

- Sì.

1. Prova LIDT (ISO 21254):

• Metodo:Usa un metodo uno contro uno, irradiando più siti all'interno del punto del raggio di prova, ogni sito una sola volta.

• Analisi dei dati:La curva di probabilità di danno è fissata mediante regressione lineare; il valore di densità di energia corrispondente a una probabilità di danno dello 0% è definito come LIDT.

• - Sì.Dimensione del punto di raggio:Tipicamente 200-1000 μm, devono essere misurate con precisione per calcolare la densità di energia.

2. Misurazione dell'assorbimento:

• - Sì.Calorimetria laser:Misura direttamente l'aumento della temperatura di un campione che assorbe l'energia laser.

• - Sì.Tecnica della lente termica superficiale:Sensibilità estremamente elevata, in grado di distinguere tra assorbimento di massa e assorbimento di superficie.

Spettrofotometro

3Performance spettrale:

• Spettrofotometro:Accuratezza fino a ± 0,05%, utilizzata per misurare la riflettività/trasmittanza (R/T).

• - Sì.Interferometro di luce bianca:Utilizzato per misurare lo spessore del rivestimento e la morfologia superficiale; la precisione di controllo dello spessore può raggiungere < 0,1%.

V. Descrizione quantitativa delle sfide

1- Potenziamento del campo elettrico a causa di difetti:Un difetto nodulare di 100 nm di altezza può causare un potenziamento locale del campo elettrico laser di un fattore 2-3 rispetto all'area normale.Dato il rapporto inverso quadrato tra soglia di danno e intensità del campo elettrico, il LIDT in questo punto scende a 1/4 a 1/9 dell'area normale.

2Quantificazione delle sfide della gestione termica:Supponendo che un laser a onde continue da 10 kW sia riflesso da uno specchio, anche con un tasso di assorbimento di solo 5 ppm, 50 mW di potenza verranno assorbiti.crea un gradiente di temperatura (ΔT) all'interno del componente ottico e la corrispondente deformazione termica (differenza di percorso ottico)OPD può essere calcolato come: OPD = (dn/dT + α(n-1)) * ΔT * t, dove dn/dT è il coefficiente termo-ottico, α è il coefficiente di espansione termica e t è lo spessore.Questa deformazione degrada gravemente la qualità del fascio (aumenta il fattore M2).

3Effetti non lineari dei laser ultraveloci:La soglia di danno del laser femtosecondo è proporzionale alla radice quadrata della larghezza dell'impulso (~√τ)..4 J/cm2 sotto un impulso di 100 fs (anche se il meccanismo effettivo è più complesso, coinvolgendo l'assorbimento multi-fotone).

- Sì.

4Controllo dell'uniformità per i componenti a grande apertura: Per i substrati con diametri > 500 mm, garantire l'uniformità dello spessore del rivestimento entro ±0,1% rappresenta una sfida estrema per la disposizione delle fonti di sputtering,e l'uniformità dei campi di pressione e temperatura all'interno della camera a vuoto.

Il rivestimento laser ad alta potenza si è evoluto da un'arte a una precisa scienza dei dati.e ogni scoperta di J/cm2 nel LIDT si basa su una profonda comprensione dei suoi meccanismi fisiciIn futuro, man mano che la potenza e l'energia del laser si spostano verso il livello di exawatt (EW), si potrà ottenere una maggiore efficienza nel controllo dei parametri di processo.le esigenze della tecnologia di rivestimento si avvicineranno ai limiti assoluti della fisica dei materiali, che richiede un'innovazione interdisciplinare per definire gli standard per la prossima generazione di parametri tecnici.

Conclusione

La ZMSH, con una decade di esperienza nel settore dei materiali ottici, si avvale di un sistema industriale-commerciale integrato e maturo come suo punto di forza principale.L'azienda è specializzata nella personalizzazione e lavorazione di materiali semiconduttori di alta precisione, compresi zaffiri di alta purezza, carburo di silicio (SiC) e silice fuso.

Abbiamo una profonda conoscenza delle estreme esigenze che i sistemi laser ad alta potenza pongono ai componenti ottici, in particolare in termini di soglia di danno indotto dal laser (LIDT),stabilità termicaQuesta competenza ci permette di integrare profondamente le proprietà dei materiali con tecnologie avanzate di rivestimento, come lo ion beam sputtering (IBS),fornire soluzioni complete per la catena dei nostri clienti, dalla selezione del substrato e dalla progettazione del sistema di rivestimento alla produzione di precisione.

Il nostro impegno assicura che ogni componente mantenga prestazioni affidabili sotto estremi carichi ottici, termici e meccanici,in ultima analisi permettere ai sistemi laser di spingere i confini della potenza e della stabilità.