在今天的眼镜行业,许多精密光学元件接收涂层以提高其传输或反射一定波长和偏振态。涂层的最常见的类型是抗反射(AR),高反射(镜面),分束器,过滤器。在这些涂层的更多信息,查看光学涂层的介绍。
随着技术和行业的发展,很多光学系统都依靠高功率激光源。虽然标准的涂层技术能够提供成本有效的,容易复制的精度的结果,有标准的涂层的耐久性的局限性,尤其是当受到高强度辐射。作为一个结果,往往需要专门的高功率光学涂层。高功率光纤涂料可应用于广泛的光学元件,如光学透镜,反射镜,Windows,光学过滤器,偏振器,分束器,和衍射光栅。
在考虑什么是一个高功率的光学系统,需要注意的是,没有普遍适用的能量阈值存在重要的。许多制造商使用拇指的最小强度水平估计规则,但激光损伤阈值(阈值)在很大程度上依赖于应用。一个合理的定义是:一个大功率的光学系统是一种具有破坏任何涂料的使用潜力。
了解高功率光学涂层的复杂性,考虑它们的重要性,制造方法,和测试程序。了解每一个允许一个应用程序在手,挑选最好的光学。
高功率光学涂层的重要性
光学涂层一般是在高功率激光系统的性能的能力的限制因素。例如,最常见的失效模式的高功率光学涂层的结果,从吸收部位存在内涂层或与基板或空气涂层的界面。这些吸收部位通常是在严重的缺陷,吸收激光能量的形式,从而产生热量,导致局部熔化或热应力的因素。通过这一机制的失败通常是灾难性的。图1A–1D显示真实世界的图像的涂层失败在相对较低的lidts由于不良的过程控制和涂层缺陷。
另一方面,非灾难性故障的一个例子是涂层的等离子体燃烧,结果从1 - 5μM未氧化的金属结节内涂层。有趣的是,一些制造商有意启动等离子体燃烧为了消除这些缺陷的结节
无论类型的损坏,涂层失效不可避免的和不利影响的透射波前。这可能对系统性能有重大影响,而且还可以的时候更换损坏的光学是昂贵的。这些明显的原因,为光学设计者要意识到源被用于在系统中的涂层元素结合是至关重要的。
高功率光学涂层的制备
衬底的制备
从抛光或清洗任何有机或颗粒残渣会吸收激光能量,因此是一个潜在的损害。为此,基体和涂层的界面是实现高损伤阈值临界区。因此,使高功率光学涂层的要求生产的每个环节严格控制,从最初的基板的制造到最终的包装。光学元件之前,甚至达到涂层室,其表面质量,表面质量,和清洁,必须保证。
高光涂料的使用上必须有高质量的。这折射,或透过尤为重要,光学-这些基板必须在相应的波长表现出非常低的固有吸收。最大化传输,对于基板有一些表面质量缺陷的可能是重要的,因为它们可以作为潜在的损伤部位在辐照过程中。表面质量是一个从无到有条款和规定,挖值(划痕数量单位。001mm,单位。挖数0.01mm)。高功率激光光学通常要求小于10-5抓挖少量或表面价值。
基质还必须是免费的表面缺陷。这可避免通过适当的加工,研磨,抛光的方法来清洁和涂层之前。第一步是开始于一个空白大到足以允许所有必要的底物去除。当加工,涂料技术人员仔细选择合适的刀具进给速度,刀具,并减少表面层的应力和损伤为冷却剂流。磨削是那么做增量较小的步骤,以实现更多的控制面。最后,大约0.01~0.03mm被抛光,以消除由以前的步骤所造成的表面损伤。
清洁
清洁镀膜室,薄膜材料的适当选择,以及良好的工艺参数的控制也是必要的。沉积后,涂料技术人员必须小心地控制污染,这可能会导致失败的诱导吸收部位形成。为此,细致的清洁程序也在装配阶段的要求,通常在严格的洁净室操作条件。
这种对有机或颗粒残留了涂料技术人员一个非常现实的挑战,强调了一个彻底的清洗过程的重要性。洁净室的污染的风险最小化的光学元件的清洗后应涂抹是必不可少的。大多数厂家使用的无尘擦布无硅酮成分时,手动清洗在最后的清洁生产工艺。此外,他们使用的高纯度-通常,甲醇,异丙醇溶剂,或丙酮。超声波清洗是另一个有用的工具,因为它是更有效的(和不易出错)在去除残留的抛光化合物比手工清洗。
一个典型的多级手动过程,包括表面活性剂洗涤和几个用氨溶液随后拖擦技术。这拖擦阶段产生非常高的剪切力,从而在任何剩余的污染物从材料表面的去除。
从涂装室本身的工具和墙壁的污染物也有助于基板的污染要涂。例如,可以用一个低效的扩散泵返流的发生,造成有机污染。同时,如果在室壁上多余的材料不沉积之前删除,就可以开始剥落,松散的颗粒可以被转移到光学元件。防止这非常容易,李宁墙壁用铝箔和定期更换时,它开始表现出过多的物质组成。
材料的选择
不同的材料是必要的范围内运行时的电磁频谱如一定波长范围的紫外线(UV)和可见/近红外(VIS-NIR)地区。不同的材料也被用于根据是否应用需要高功率连续或脉冲功率照射。例如,连续波(CW)激光器可以导致光学镀膜加热和熔化,而短脉冲激光器可以产生高强度电磁领域。
不幸的是,涂层的设计师都适合于大功率应用的材料数量的限制。例如,高反射镜涂层是通过交替的四分之一波长厚层的高折射率和低折射率材料创造了。这堆材料的设计可以显着改变激光损伤阈值(阈值)的涂层。例如,简单地增加一个半波厚的低折射率的材料层可以大大提高激光损伤阈值。当选择适当的低指数和高折射率材料,涂料技术人员忙介金属氧化物由于其低吸收