作者： 时间：2024-05-28
现在，高功率激光器的广泛应用推动了光学元件的需求，增加了光学元件的新挑战。供应和市场需求是工业激光器发展的共同驱动力，半导体制造和汽车等行业不断追求更高的精度和效率。对于光学元件的需求也决定了激光光学器件的性能规格，这些元件的制造商努力研究并生产能够提供越来越精细的产品、和一些更高功率处理和更高耐用性的光学元件。高功率和高能量使用的光学系统也展示了大量的行业知识，推动行业发展，追求更高的水平。
在生产高功率光学元件方面，三家欧盟资助机构之一的ELI-ERIC和LASEROPTIK共同合作，研究并开发高损伤阈值(LIDT)和其他功能的高功率反射膜和镀膜反射镜，用于高功率激光器等应用。以下简单讲述ELI-ERIC和LASEROPTIK合作的项目：
ELI-ERIC与Laseroptik合作，研究高损伤阈值反射镜：
激光的高输出功率对光学元件带来了新的挑战，例如：将光束引导至不同实验目标所需的光束传输反射镜，需要440×290mm2的反射镜来降低光学系统本身的流畅性。
对于新应用带来的新挑战，LASEROPTIK镀膜工程师和来自三家欧盟资助机构(EU-funded facilities)之一的ELI-ERIC的激光科学家为了防止大尺寸光学元件受到损坏，合作开发具有增进高损伤阈值(LIDT)和其他功能的光束传输反射镜(beam transport mirrors)。他们在LASEROPTIK GmbH公司建造了一个新型的大型溅射镀膜室，首先，在小尺寸光学元件上制造了几种设计策略，并在ELI-ERIC的专用损伤阈值(LIDT)测量设备上进行了测试。这个跨部门研究项目频频开展，主要是研究能够承受巨大能量输出而不损坏的单个光学元件，但这些目标仍处于一个瓶颈期，应对这一挑战还需要研究先进的材料和涂层、提高表面质量的制造技术以及先进的冷却技术。
如今，开发具有更高损伤阈值LIDT的高功率反射镜是一个广泛而活跃的领域，世界各地的研究小组正在开发新的设计策略，并对沉积技术的工艺参数进行评估，以进一步改进电介质层堆叠。因为电介质层堆叠会带来机械张力，使得这成为一项较大的挑战。根据所选择的镀膜技术，镀膜涂层应力可能是拉伸的或压缩的。因此，大型干涉仪提供了一种可靠的工具，用于测量表面平整度以及对人造光学元件波前的影响。如果涂层应力太高，可以采用几种策略来平衡涂层应力，例如，可以使用预先弯曲的基板，或者可以在背面沉积精心计算的应力补偿层。通常情况下，光学元件在633nm、>300mm的孔径上，表面平整度需要小于λ/10，才能实现高能量应用的最佳性能。
由 LASEROPTIK GmbH 提供的用于沉积直径达550mm激光光学元件的大型离子束溅射镀膜机。
随着激光制造商能够大规模制造高能量系统，现在支持的商业应用也越来越多，越来越受欢迎。激光器变得越来越小，也更容易集成到其他系统中，为更多的激光器制造商和标准化的制造工艺带来了更好的成本结构。
损伤阈值LIDT：
大型光学元件并非只与高能量应用相关，在许多实验和前沿研究工作中，向大型光学元件的转变表明，传统（较小）光学元件无法满足日益增长的超高激光功率的需求。在大多数工业应用中，高功率激光系统比较容易受到激光诱导的损伤，现有的光学元件技术仍有提高功率和能量的空间。
在工业、研究和国防行业，高功率光学元件面临光学涂层和热管理两个挑战，但高功率系统中的反射镜可以是平面的、凹面的或离轴抛物面的，由于一个组件的故障容易导致多个组件的损坏，因此损伤阈值LIDT是一个需要量化的关键参数。LIDT测试ISO标准的建立和定期更新有助于统一所需的测试类型，尽管如此，仍需要对现有标准进行实质性修订，以保证LIDT结果的一致性和可靠性。另外，在涂层设计和热管理中，多物理模拟通常是确保高能量光学系统适用于不同应用的第一步。
总结：
应用领域的扩大，严格的质量控制实践对于保持高标准的抗激光损伤能力至关重要，高功率反射镜等光学元件已然成为很多用户的需求，因此，对于损伤阈值LIDT这个参数在用户选型时是需要考虑的。德国Laseroptik一直专注于镀膜方面的研究，与ELI-ERIC齐心协力，在LASEROPTIK GmbH公司建了一个用于沉积直径达550mm激光光学元件的溅射镀膜室，研发高损伤阈值和其他功能的镀膜反射镜。另外，Laseroptik镀膜技术团队具备专业的知识和服务能力，能够各种镀膜产品，还可根据用户需求提供定制镀膜方案。
来源: Photonics Spectra, High-Power Lasers Open Applications and Drive Component Demand, MARIE FREEBODY, CONTRIBUTING EDITOR
