不同損傷破壞類(lèi)別的表面形貌

了解為什么超快激光器對(duì)光學(xué)器件的破壞如此之大，以及OPTOMAN如何應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。OPTOMAN團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了涂層設(shè)計(jì)、參數(shù)和工藝，以減少變色損傷，使s極化組件的吸收水平低至~1 ppm，p極化組件的吸收水平低至~2 ppm。

為什么超快激光器在損傷光學(xué)部件方面如此"超快"？OPTOMAN團(tuán)隊(duì)的主要激勵(lì)口號(hào)是對(duì)蜘蛛俠的本·帕克（Uncle Ben）叔叔的名言的一種巧妙改編："能力[激光能量]越大，責(zé)任越大[對(duì)于涂層工程師]"。這不僅展示了我們OPTOMAN的極客精神，也推動(dòng)了我們制造出能夠抵抗激光功率不斷增加和脈沖時(shí)間減少的光學(xué)組件。這促使OPTOMAN非常認(rèn)真地對(duì)待創(chuàng)新。

那么，為什么超快激光器在破壞光學(xué)器件方面如此超快呢？雖然在談?wù)擄w秒和皮秒光學(xué)器件時(shí)，高激光誘導(dǎo)損傷閾值 （LIDT） 是一個(gè)流行語(yǔ)，但重要的不僅僅是標(biāo)稱(chēng) LIDT 值。激光損傷是一種復(fù)雜的現(xiàn)象，雖然結(jié)果是相同的——光學(xué)元件被毀壞，不適合進(jìn)一步使用，有不同的激光損傷類(lèi)型和機(jī)理。談?wù)摮�快光學(xué)器件的主要內(nèi)容是災(zāi)難性的損壞和顏色變化。災(zāi)難性損傷會(huì)導(dǎo)致光散射，而顏色變化會(huì)影響激光脈沖形狀和時(shí)間特性。

LIDT

LIDT測(cè)試在分辨損傷類(lèi)型時(shí)可能不夠準(zhǔn)確，因?yàn)閮H用少量脈沖進(jìn)行的測(cè)試可能無(wú)法揭示損傷類(lèi)型的分界。顏色變化只有在一定數(shù)量的脈沖后才明顯，因此重現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)于理解超快光學(xué)的真實(shí)閾值非常重要。通過(guò)使用大量脈沖測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)器件，可以明顯區(qū)分災(zāi)難性損傷和顏色變化這兩種激光損傷模式。

市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)反射鏡（非OPTOMAN產(chǎn)品）的LIDT測(cè)量 （LIDT>0.4J/CM2，在10^5個(gè)脈沖數(shù)時(shí)）

b) 市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)高功率反射鏡（非OPTOMAN產(chǎn)品）的LIDT測(cè)量 （LIDT>0.3J/CM2，在10^5個(gè)脈沖數(shù)時(shí)）

上圖a）和b）中顯示的測(cè)量結(jié)果表明，隨著脈沖數(shù)量的增加，這兩種類(lèi)型的損傷都更有可能發(fā)生，并且與災(zāi)難性損傷相比，變色損傷發(fā)生在較低的通量值下。也可以看出，變色是長(zhǎng)時(shí)間輻射（>103脈沖）后的主要損傷機(jī)制，特別是對(duì)于高功率反射鏡。當(dāng)脈沖數(shù)高達(dá)10^5時(shí)，市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)反射鏡的通量降至0.4J/CM²，高功率市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)反射鏡的通量甚至降至0.3J/CM²。這可以通過(guò)導(dǎo)致涂層降解的光學(xué)疲勞效應(yīng)來(lái)解釋。

標(biāo)準(zhǔn)反射鏡和高功率反射鏡的區(qū)別在于鍍膜材料的選擇。通過(guò)選擇具有更高帶隙的鍍膜材料，可以有效地提高災(zāi)難性損壞閾值。然而，在超短脈沖持續(xù)時(shí)間達(dá)到或低于10 ps的情況下，變色效應(yīng)仍然存在。因此，變色效應(yīng)是超快應(yīng)用的頭號(hào)敵人，也是器件損傷閾值的主要限制因素，必須消除變色效應(yīng)以延長(zhǎng)光學(xué)器件的使用壽命并降低使用成本。這意味著我們必須找到一種方法來(lái)消除這種變色效應(yīng)，以便更好地利用反射鏡在超快應(yīng)用中的性能。

降低吸收影響

眾所周知，吸收是激光損傷的主要原因。然而，我們注意到，涂層降解引起的顏色變化對(duì)吸收變化的敏感度高于災(zāi)難性損傷，災(zāi)難性損傷主要取決于材料的帶隙（考慮到涂層沒(méi)有吸收缺陷）。即使是最輕微的吸收改善，也可以顯著降低疲勞效應(yīng)和降解過(guò)程。OPTOMAN接受了挑戰(zhàn)，致力于消除顏色變化效應(yīng)，通過(guò)一系列的研發(fā)努力，優(yōu)化了涂層設(shè)計(jì)、涂層參數(shù)以及涂層前后的處理過(guò)程。最終，OPTOMAN成功將涂層吸收降至s偏振分量約1 ppm和p偏振分量約2 ppm。這表明即使是最輕微的吸收改善也能顯著減輕疲勞效應(yīng)和退化過(guò)程，突破了激光損傷主要由吸收引起的常規(guī)認(rèn)知。

HR鏡的縱向光熱吸收測(cè)量

OPTOMAN成功開(kāi)發(fā)了一款專(zhuān)門(mén)針對(duì)超快激光應(yīng)用優(yōu)化的產(chǎn)品——SuperHero Power Mirrors，這些鏡子不會(huì)出現(xiàn)顏色變化損傷。這些鏡子的激光誘導(dǎo)損傷閾值（LIDT）完全由災(zāi)難性損傷值定義，而這些值也得到了提升，高于市場(chǎng)上標(biāo)準(zhǔn)的高功率鏡子。

SuperHero Power Mirrors 的 LIDT 測(cè)量值

轉(zhuǎn)自：波量科技

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