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光学涂层如何影响高功率紫外激光器
- 2023-06-17-

     当想到高功率激光器时,脑海中浮现的形象很可能与科幻片中的 "死亡射线 "有某种联系。一些星球、一些飞船、一些敌人被瞬间变成了一堆亚原子的垃圾。事实是,有各种波长的极其强大的激光,但它们不是用于破坏性的目的。
    高功率激光器,如紫外线(UV)波长范围内的激光器(100至400纳米)现在被用于医疗应用、微加工、半导体芯片制造、汽车和国防以及航  空航天技术。与可见光和红外激光器相比,紫外激光器具有明显的优势。紫外激光器的一个关键优势是它们不会像其他类型的激光器那样产生大量的热量。 没有过多的热量需要担心,对被加工表面造成损害的可能性较小。较短的波长也能使部件的加工更精细(亚微米级),但这是一种折衷。
激光诱导的损伤阈值(LIDT)
    紫外激光系统是由各种光学元件组成的,通常需要抗反射(AR)或高反射率(HR)涂层。这些光学元件可能有各种尺寸,并有不同的表面几何形状,包括平面、球面或非球面。涂层本身的化学构成对紫外线性能有一定的限制。 常用的材料包括氟化镁、二氧化硅、氧化铪或氧化铝。
基材可以有不完全光滑的特征。这可能是设计的一部分或制造中的缺陷。与可见光或红外激光相比,紫外光具有更高的能量和更高的散射,这意味着它被基材吸收了。这也意味着激光有可能与它所遇到的材料发生作用。再加上各种将涂层涂在基材上的方法,激光的波长以及它是脉冲还是连续波,很快就有可能--而且经常发生--用于紫外光应用的涂层受到一些损害。 
   在性能受到影响之前,多少损伤是可以接受的?这就是LIDT要求的来源。阈值评估是一种专门的测试类型,通常涉及显微镜和分光光度计的使用。其目的是根据入射到表面的激光辐射量来确定涂层损坏的概率。入射辐射被定义为脉冲激光器的通量或连续波激光器的较大强度。从本质上讲,LIDT测试告诉系统设计者,当受到紫外激光照射时,涂层会有多长时间的表现。
涂层在实现光学元件的高激光损伤阈值方面发挥着重要作用
   ZYGO的一项研究探讨了平版印刷行业中使用的先进深紫外(DUV)工具的光学涂层要求。这个行业继续追求越来越小的特征的分辨率。使用的是工作在248nm峰值发射的氟化氪激光器。光学器件需要高性能的抗反射涂层(Al2O3/MgF2),它被应用于具有平面和陡峭弯曲几何形状的紫外线级熔融石英基质上。
   这项研究需要ZYGO垂直整合的光学制造组内各小组的专业知识。涂层的设计和沉积导致反射率降低、传输率提高、防止鬼影成像和背反射造成的损坏,此外还提高了耐久性。ZYGO AR涂层的激光损伤阈值为4至7焦耳/厘米2.当研究完成后,它显示弧形表面和平面之间的数值保持一致。因此,通过适当的设计和正确的涂层应用,紫外线涂层的许多问题可以被较小化或消除 - 导致更可接受的LIDT和更好的整体性能。
匹配应用的涂层
   随着紫外线激光器的应用不断发展和壮大,创造抗激光损伤的AR和HR涂层的挑战和机会也将不断增加。凭借50年的定制光学元件制造经验,ZYGO的光学制造小组可以将光学涂层、光学元件制造以及更多更多的神秘感消除。