貳陸紅外公司的 MP-5®超低吸收透鏡

激光光學(xué)元件和光吸收的重要作用

自從 1971 年成立時(shí)起，貳陸公司就一直在光學(xué)材料和涂層的開發(fā)方面扮演著關(guān)鍵的角色，我們的光學(xué)材料和涂層使CO2激光成為一項(xiàng)領(lǐng)先的材料加工技術(shù)，除此之外，它也在包括激光手術(shù)、激光成像、目標(biāo)定位和安全監(jiān)控在內(nèi)的廣泛領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

CO2 激光器技術(shù)的進(jìn)展使功率高于 1 kW 的激光器得以在20 世紀(jì) 70年代的早期被開發(fā)出來。顯然，這需要對(duì)光學(xué)材料和光學(xué)涂層技術(shù)有深入的理解。

大功率紅外激光器（包括高能密度波導(dǎo)激光器）的性能嚴(yán)重依賴于對(duì)光學(xué)元件基底， 薄膜涂層和及其界面的吸收控制。貳陸公司是紅外激光光學(xué)元件技術(shù)的領(lǐng)軍者。

在激光光學(xué)元件中的吸收

包括灰塵、油、指印和碳水化合物在內(nèi)的多種外來材料都會(huì)對(duì)光學(xué)元件的表面造成污染。這些污染物如果沉積在光學(xué)元件表面會(huì)產(chǎn)生光線吸收，從而導(dǎo)致光學(xué)元件的使用壽命縮短，并降低它的效率。

由污染造成的局部熱量升高可能會(huì)導(dǎo)致高功率激光光學(xué)元件出現(xiàn)“熱失控”現(xiàn)象。高溫會(huì)使整塊材料中的自由載體增多，吸收率也隨之提高。當(dāng)這一過程達(dá)到并超過臨界點(diǎn)，會(huì)發(fā)生類似雪崩的熱失控現(xiàn)象。對(duì)于鍺，這發(fā)生在高于 50° C 時(shí)。而對(duì)于硒化鋅和砷化鎵，此臨界溫度則是高于 200° C。

光學(xué)元件表面的缺陷也會(huì)造成吸收，這些缺陷包括：

• 劃痕
• 坑洞和點(diǎn)
• 內(nèi)部嵌入的拋光磨料
• 涂層針孔
• 涂層中的雜質(zhì)

這些表面缺陷會(huì)成為易損傷點(diǎn)，這是由于它們周圍的電場(chǎng)受到嚴(yán)重的擾動(dòng)從而會(huì)降低其性能。

CO2激光器中的吸收效應(yīng)

對(duì)CO2激光波長(zhǎng)的吸收率、光學(xué)元件的導(dǎo)熱性及其鏡座，對(duì)激光系統(tǒng)的性能和光學(xué)元件的壽命都是重要的決定因素。

盡管導(dǎo)致產(chǎn)生吸收的各種來源和控制因素都相當(dāng)復(fù)雜，但是它們的造成的結(jié)果卻是顯而易見的，包括：

• 輸出功率下降
• 輸出功率波動(dòng)
• 模式不穩(wěn)
• 焦點(diǎn)漂移
• 涂層失效
• 外腔光學(xué)元件失效（因輸出鏡的熱透鏡效應(yīng)或光束傳輸系統(tǒng)被污染造成）

所有這些失效現(xiàn)象都可歸因于熱透鏡效應(yīng)（由于吸收而使光學(xué)元件的物理特性發(fā)生實(shí)質(zhì)變化）。當(dāng)材料的折射率因溫度而發(fā)生變化時(shí)，熱透鏡效應(yīng)對(duì)光束模式造成的影響會(huì)進(jìn)一步加大。材料折射率的變化有更重要的影響，它會(huì)使透射光束發(fā)生進(jìn)一步的光學(xué)失真。

通過測(cè)試保證低吸收率

貳陸公司是第一家設(shè)立了激光真空熱量測(cè)定測(cè)試設(shè)施的紅外光學(xué)元件制造商，這套設(shè)施的目的是測(cè)量商業(yè) CO2激光光學(xué)元件的吸收率。

在進(jìn)行激光熱量測(cè)定時(shí)，光學(xué)元件的樣品會(huì)被安裝在真空環(huán)境中以隔絕熱量。接下來，該樣品會(huì)受到 CO2激光光束的照射，同時(shí)，熱電偶將監(jiān)測(cè)樣品的溫度升高狀況。然后關(guān)閉激光光束，樣品會(huì)冷卻下來。在精確測(cè)量了樣品質(zhì)量、激光光束入射功率，以及測(cè)試中的加熱和冷卻溫度變化梯度之后，您可以計(jì)算出相對(duì)于入射激光功率的總樣品吸收百分比。

為了保持在高品質(zhì)低吸收涂層領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，貳陸公司的技術(shù)人員會(huì)對(duì)激光熱量測(cè)定系統(tǒng)進(jìn)行定期的校準(zhǔn)測(cè)試和改進(jìn)。

貳陸公司擁有眾多業(yè)界領(lǐng)先的創(chuàng)新項(xiàng)目，這套測(cè)試設(shè)施就是其中最重要的一項(xiàng)，它使貳陸公司始終處于 CO2激光光學(xué)元件技術(shù)的最前沿。