การวิเคราะห์การเคลือบแสงสําหรับเลนส์ระบบเลเซอร์พลังงานสูง
ในระบบเลเซอร์ประสิทธิภาพสูง (เช่น อุปกรณ์ละเซอร์ฟิวชั่นนิวเคลียร์, เครื่องแปรรูปเลเซอร์อุตสาหกรรม, และเลเซอร์ ultrafast ultra-intense ของวิทยาศาสตร์)เลนส์ทางออปติก ทําหน้าที่ไม่เพียงแค่เป็นแนวทางสําหรับเส้นทางของแสง แต่ยังเป็นหน่วยสําคัญสําหรับการส่งพลังงานพื้นผิวของเลนส์ที่ไม่ได้เคลือบสามารถสะท้อนพลังงานส่วนใหญ่และดูดซึมพลังงานเลเซอร์ ส่งผลให้เกิดความร้อนที่ทําให้เกิดผลของเลนส์ทางความร้อนและแม้กระทั่งความเสียหายถาวรการเคลือบแสงที่มีประสิทธิภาพสูง เป็นหลักการรับประกันการทํางานที่ประสิทธิภาพและปลอดภัยของระบบเลเซอร์พลังงานสูง
I. สับสราทของเลนส์ออปติกัล: การคัดเลือกปริมาณของปริมาตรการทํางานหลัก
ความสามารถในการเคลือบเป็นสิ่งที่ไม่แยกออกจากคุณสมบัติของพื้นฐานและคุณสมบัติทางเครื่องจักรก็ยังเป็นพื้นฐานสําหรับส่วนประกอบทั้งหมดสามารถทนภาระแรงสูงการเลือกสับสราทต้องการการพิจารณาปริมาณของปริมาตรหลักต่อไปนี้
คุณสมบัติทางแสง:อัตราการหักและสัดส่วนการดูดซึมเป็นจุดเริ่มต้นสําหรับการออกแบบค้อนเคลือบและการประเมินภาระความร้อน10−3 ซม−1) สามารถผลิตผลกระทบทางความร้อนที่สําคัญในพลังงานสูง.
ครับคุณสมบัติเทอร์โมไดนามิก:ความสามารถในการนําความร้อนกําหนดอัตราการระบายความร้อน และสัมพันธ์การขยายความร้อน (CTE) มีผลต่อขนาดของความเครียดทางความร้อนความไม่ตรงกันระหว่าง CTE ของพื้นฐานและชั้นเคลือบเป็นสาเหตุหลักของการล้มเหลว.
ครับคุณสมบัติทางกล:ความแข็งแรงและความยืดหยุ่น มีผลต่อความยากในการแปรรูปและความทนทานต่อสิ่งแวดล้อม
กระจกควอตซ์
ครับวัสดุเยื่อเลเซอร์พลังงานสูงทั่วไปประกอบด้วย:
ZMSH วอฟเฟอร์ควาร์ตซ์หลอม
ครับกระจก borosilicate (เช่น BK7):ค่าใช้จ่ายที่ต่ํากว่า มักใช้ในกรณีพลังงานปานกลางถึงต่ํา แต่ความสามารถในการนําแสงร้อนที่ต่ํากว่าและ CTE ที่สูงกว่า
ครับ
ZMSH กระจกแก้ว borosilicate สูง
วัสดุคริสตัล:เช่น ซิลิคอน (Si), เจอร์มาเนียม (Ge) (สําหรับ IR กลางถึงไกล), ซาฟฟีร์ (ความแข็งแรงสูงสุดสําหรับสภาพแวดล้อมสุด), CaF2/MgF2 (สําหรับ UV ลึก). เหล่านี้มักมีราคาแพงและยากในการประมวลผล.
การเปรียบเทียบปารามิเตอร์สําคัญสําหรับสับสราตเลเซอร์พลังงานสูงทั่วไป (@ 1064nm)
| วัสดุ | อัตราการหัก @1064nm | CTE (×10−7/K) | ความสามารถในการนําความร้อน (W/m·K) | คออฟเฟกชั่นการซึมซับ (cm−1) | การใช้งานทั่วไปและข้อตักเตือน |
| ครับซิลิก้าหลอมครับ | ~ 145 | 5.5 | 1.38 | < 5 × 10−4 | มาตรฐานทอง สําหรับการใช้งานพลังงานสูงจาก UV ถึง NIR ความมั่นคงทางความร้อนที่เยี่ยมมาก |
| ครับBK7ครับ | ~ 151 | 71 | 1.1 | ~1 × 10−3 | สําหรับพลังงานต่ําปานกลาง ความสามารถทางความร้อนที่ต่ํา |
| ครับซิลิก้าสังเคราะห์ครับ | ~ 145 | 5.5 | 1.38 | < 2 × 10−4 | ความบริสุทธิ์สูงสุด ความสกปรกโลหะต่ํามาก (< 1 ppm) LIDT 20-30% มากกว่าซิลิก้าหลอมธรรมดา |
| ครับซิลิคอน (Si)ครับ | ~355 | 26 | 149 | ไม่มี | โดยเฉพาะสําหรับช่วงกลาง IR 3-5 μm ความสามารถในการนําความร้อนสูงเป็นข้อดีหลัก |
| ครับซาฟฟายร์ (Al2O3)ครับ | ~ 176 | 58 | 27.5 | ต่ํามาก | ความแข็งแรงสูงมากและการนําไฟที่ดี สําหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ยูวี แสงที่มองเห็นได้ |
การตีความข้อมูล:
การคํานวณกระจกความร้อน:สําหรับเลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง 100W the thermal distortion generated in a BK7 substrate with an absorption coefficient of 1×10⁻³ cm⁻¹ can be several times greater than in a fused silica substrate with an absorption coefficient of 5×10⁻⁴ cm⁻¹.
ครับการวิเคราะห์ความเครียดทางความร้อน:ความแตกต่างใน CTE มีผลต่อความเครียดทางความร้อนตรงที่อินเตอร์เฟซเคลือบ-สับสราท ความไม่ตรงกันของ CTE เป็นสาเหตุหลักของการแตกของเคลือบหรือการล้างแผ่นภายใต้จักรยานทางความร้อนที่แรงสูง
ขั้นต่ําที่ได้รับความเสียหายจากเลเซอร์
II. ตัวชี้วัดปริมาณสําหรับความต้องการในการเคลือบ
1. รากความเสียหายที่เกิดจากเลเซอร์ (LIDT):
มาตรฐานการวัด:ติดตามมาตรฐาน ISO 21254
ระดับการทํางาน:
การเคลือบระเหย E-beam แบบปกติ: ~5-15 J/cm2 (แรงกระแทกนาโนวินาที, 1064nm)
ผิวเคลือบด้วยการสนับสนุนไอออน (IAD): ~ 15-25 J/cm2
การเคลือบกระจายรังสีไอออน (IBS) > 30 J/cm2 กระบวนการชั้นบนสามารถเกิน 50 J/cm2
2. การสูญเสียจากการซึมซึมและการกระจาย
การดูดซึม:วัดด้วยการวัดความร้อนด้วยเลเซอร์ การเคลือบ IBS ระดับสูงต้องการการสูญเสียการดูดซึมส่วนใหญ่ < 5 ppm (0.0005%) การสูญเสียการดูดซึมพื้นผิว < 1 ppm
การกระจายวัดโดยใช้เครื่องวัดกระจายอินเทกรีต (Integrated Scatterometry) สัมผัสกระจายอินเทกรีตรวม (Total Integrated Scatter) (TIS) ควรมี < 50 ppm
3. ความแม่นยําของผลประกอบการสายสี:
ครับการเคลือบความสะท้อนสูง (HR):ความสะท้อน R > 99.95% ในความยาวคลื่นกลาง ระดับบนต้องการ R > 99.99% ความกว้างแบนด์ Δλ ต้องตอบสนองค่าการออกแบบ (เช่น ± 15nm สําหรับ Nd: YAG laser 1064nm)
ครับการเคลือบกันการสะท้อน (AR):ความสะท้อนเหลือ R < 0.1% (พื้นผิวเดียว) ระดับบนต้องการ R < 0.05% ("การเคลือบกันการสะท้อนสูงสุด") สําหรับการเคลือบ AR แบรนด์เบนด์ที่ใช้ในการใช้เลเซอร์ความเร็วสูงสุด R < 0.จําเป็นต้องใช้ 5% ในความกว้างแบนด์ของร้อยๆ นาโนเมตร.
ผิวเคลือบการเหยื่ออิเล็กตรอนเบย์
III. กระบวนการเคลือบและการเปรียบเทียบพารามิเตอร์หลัก
การเปรียบเทียบปารามิเตอร์กระบวนการเคลือบ:
| ปริมาตร | การระเหยขั้วอิเล็กตรอน (E-beam) | การฝังที่ได้รับการสนับสนุนจากไอออน (IAD) | การกระจายรังสีอิโอน (ION BEAM SPUTTERING) |
| ครับอัตราการฝากเงินครับ | เร็ว (0.5 - 5 nm/s) | กลาง (0.2 - 2 nm/s) | นาน (0.01 - 0.1 nm/s) |
| ครับอุณหภูมิพื้นฐานครับ | สูง (200 - 350 °C) | กลาง (100 - 300 °C) | ต่ํา (< 100 °C) |
| ครับความหนาแน่นของเคลือบครับ | ค่อนข้างต่ํา (ขั้วขั้ว, ความหนาแน่น ~ 80-95%) | ความหนาแน่นสูง (> 95%) | ความหนาแน่นสูงมาก (ใกล้ความหนาแน่น 100%) |
| ครับความหยาบคายของผิวครับ | สูงกว่า (~1-2 nm RMS) | ต่ํา (~ 0.5-1 nm RMS) | ต่ํามาก (< 0.3 nm RMS) |
| ครับการควบคุมความเครียดครับ | ความเครียดในการดึงแบบปกติ | ปรับ (แรงดันในการบดหรือแรงดันในการดึง) | ความเครียดการบดแบบปกติที่ควบคุมได้ |
| ครับLIDT แบบปกติครับ | ต่ําถึงปานกลาง | กลางถึงสูง | สูงมาก |
การเลือกกระบวนการที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูล:
เลือก IBS:เมื่อความต้องการของระบบต้องการ LIDT > 25 J/cm2 และการดูดซึม < 10 ppm IBS เป็นทางเลือกเดียว
เลือก IAD:เมื่องบประมาณจํากัด แต่ต้องการ LIDT ในช่วง 15-20 J / cm2 IAD เป็นทางออกที่ประหยัดที่สุด
ครับเลือก E-beam:ส่วนใหญ่ใช้สําหรับเลเซอร์พลังงานที่มีความต้องการขั้นต่ําความเสียหายต่ํา หรือการทําต้นแบบเบื้องต้น
IV. การตรวจสอบปริมาณของความสอดคล้องกับการเคลือบ
ครับ
1การทดสอบ LIDT (ISO 21254):
วิธีการ:ใช้วิธีการ 1 ต่อ 1 การฉายแสงหลายจุดภายในจุดรังสีทดสอบ แต่ละสถานที่เพียงครั้งเดียว
การวิเคราะห์ข้อมูลคอร์ฟความน่าจะเป็นความเสียหายถูกปรับตัวโดยการลิกกลับเส้นตรง; ค่าความหนาแน่นของพลังงานที่ตรงกับความน่าจะเป็นความเสียหาย 0% ได้กําหนดเป็น LIDT
ครับขนาดจุดรังสี:โดยทั่วไป 200-1000 μm ต้องวัดแม่นยําเพื่อคํานวณความหนาแน่นของพลังงาน
2. การวัดการดูดซึม:
ครับเลเซอร์เคลอริเมตร:ตัดเฉพาะการเพิ่มอุณหภูมิของตัวอย่างที่ดูดซึมพลังงานเลเซอร์ ความรู้สึกสามารถถึง 0.1 ppm
ครับเทคนิคเลนส์ความร้อนบนพื้นผิว:ความรู้สึกสูงมาก สามารถแยกระหว่างการดูดซึมของส่วนใหญ่และพื้นผิว
การวิเคราะห์การเคลือบแสงสําหรับเลนส์ระบบเลเซอร์พลังงานสูง ในระบบเลเซอร์ประสิทธิภาพสูง (เช่น อุปกรณ์ละเซอร์ฟิวชั่นนิวเคลียร์, เครื่องแปรรูปเลเซอร์อุตสาหกรรม, และเลเซอร์ ultrafast ultra-intense ของวิทยาศาสตร์)เลนส์ทางออปติก ทําหน้าที่ไม่เพียงแค่เป็นแนวทางสําหรับเส้นทางของแสง แต่ยังเป็นหน่วยสําคัญสําหรับการส่งพลังงานพื้นผิวของเลนส์ที่ไม่ได้เคลือบสามารถสะท้อนพลังงานส่วนใหญ่และดูดซึมพลังงานเลเซอร์ ส่งผลให้เกิดความร้อนที่ทําให้เกิดผลของเลนส์ทางความร้อนและแม้กระทั่งความเสียหายถาวรการเคลือบแสงที่มีประสิทธิภาพสูง เป็นหลักการรับประกันการทํางานที่ประสิทธิภาพและปลอดภัยของระบบเลเซอร์พลังงานสูง I. สับสราทของเลนส์ออปติกัล: การคัดเลือกปริมาณของปริมาตรการทํางานหลัก ความสามารถในการเคลือบเป็นสิ่งที่ไม่แยกออกจากคุณสมบัติของพื้นฐานและคุณสมบัติทางเครื่องจักรก็ยังเป็นพื้นฐานสําหรับส่วนประกอบทั้งหมดสามารถทนภาระแรงสูงการเลือกสับสราทต้องการการพิจารณาปริมาณของปริมาตรหลักต่อไปนี้ คุณสมบัติทางแสง:อัตราการหักและสัดส่วนการดูดซึมเป็นจุดเริ่มต้นสําหรับการออกแบบค้อนเคลือบและการประเมินภาระความร้อน10−3 ซม−1) สามารถผลิตผลกระทบทางความร้อนที่สําคัญในพลังงานสูง. ครับคุณสมบัติเทอร์โมไดนามิก:ความสามารถในการนําความร้อนกําหนดอัตราการระบายความร้อน และสัมพันธ์การขยายความร้อน (CTE) มีผลต่อขนาดของความเครียดทางความร้อนความไม่ตรงกันระหว่าง CTE ของพื้นฐานและชั้นเคลือบเป็นสาเหตุหลักของการล้มเหลว. ครับคุณสมบัติทางกล:ความแข็งแรงและความยืดหยุ่น มีผลต่อความยากในการแปรรูปและความทนทานต่อสิ่งแวดล้อม กระจกควอตซ์ ครับวัสดุเยื่อเลเซอร์พลังงานสูงทั่วไปประกอบด้วย: ZMSH วอฟเฟอร์ควาร์ตซ์หลอม ครับกระจก borosilicate (เช่น BK7):ค่าใช้จ่ายที่ต่ํากว่า มักใช้ในกรณีพลังงานปานกลางถึงต่ํา แต่ความสามารถในการนําแสงร้อนที่ต่ํากว่าและ CTE ที่สูงกว่า ครับ ZMSH กระจกแก้ว borosilicate สูง วัสดุคริสตัล:เช่น ซิลิคอน (Si), เจอร์มาเนียม (Ge) (สําหรับ IR กลางถึงไกล), ซาฟฟีร์ (ความแข็งแรงสูงสุดสําหรับสภาพแวดล้อมสุด), CaF2/MgF2 (สําหรับ UV ลึก). เหล่านี้มักมีราคาแพงและยากในการประมวลผล. การเปรียบเทียบปารามิเตอร์สําคัญสําหรับสับสราตเลเซอร์พลังงานสูงทั่วไป (@ 1064nm) การตีความข้อมูล: การคํานวณกระจกความร้อน:สําหรับเลเซอร์คลื่นต่อเนื่อง 100W the thermal distortion generated in a BK7 substrate with an absorption coefficient of 1×10⁻³ cm⁻¹ can be several times greater than in a fused silica substrate with an absorption coefficient of 5×10⁻⁴ cm⁻¹. ครับการวิเคราะห์ความเครียดทางความร้อน:ความแตกต่างใน CTE มีผลต่อความเครียดทางความร้อนตรงที่อินเตอร์เฟซเคลือบ-สับสราท ความไม่ตรงกันของ CTE เป็นสาเหตุหลักของการแตกของเคลือบหรือการล้างแผ่นภายใต้จักรยานทางความร้อนที่แรงสูง ขั้นต่ําที่ได้รับความเสียหายจากเลเซอร์ II. ตัวชี้วัดปริมาณสําหรับความต้องการในการเคลือบ 1. รากความเสียหายที่เกิดจากเลเซอร์ (LIDT): มาตรฐานการวัด:ติดตามมาตรฐาน ISO 21254 ระดับการทํางาน: การเคลือบระเหย E-beam แบบปกติ: ~5-15 J/cm2 (แรงกระแทกนาโนวินาที, 1064nm) ผิวเคลือบด้วยการสนับสนุนไอออน (IAD): ~ 15-25 J/cm2 การเคลือบกระจายรังสีไอออน (IBS) > 30 J/cm2 กระบวนการชั้นบนสามารถเกิน 50 J/cm2 2. การสูญเสียจากการซึมซึมและการกระจาย การดูดซึม:วัดด้วยการวัดความร้อนด้วยเลเซอร์ การเคลือบ IBS ระดับสูงต้องการการสูญเสียการดูดซึมส่วนใหญ่ < 5 ppm (0.0005%) การสูญเสียการดูดซึมพื้นผิว < 1 ppm การกระจายวัดโดยใช้เครื่องวัดกระจายอินเทกรีต (Integrated Scatterometry) สัมผัสกระจายอินเทกรีตรวม (Total Integrated Scatter) (TIS) ควรมี < 50 ppm 3. ความแม่นยําของผลประกอบการสายสี: ครับการเคลือบความสะท้อนสูง (HR):ความสะท้อน R > 99.95% ในความยาวคลื่นกลาง ระดับบนต้องการ R > 99.99% ความกว้างแบนด์ Δλ ต้องตอบสนองค่าการออกแบบ (เช่น ± 15nm สําหรับ Nd: YAG laser 1064nm) ครับการเคลือบกันการสะท้อน (AR):ความสะท้อนเหลือ R < 0.1% (พื้นผิวเดียว) ระดับบนต้องการ R < 0.05% ("การเคลือบกันการสะท้อนสูงสุด") สําหรับการเคลือบ AR แบรนด์เบนด์ที่ใช้ในการใช้เลเซอร์ความเร็วสูงสุด R < 0.จําเป็นต้องใช้ 5% ในความกว้างแบนด์ของร้อยๆ นาโนเมตร. ผิวเคลือบการเหยื่ออิเล็กตรอนเบย์ III. กระบวนการเคลือบและการเปรียบเทียบพารามิเตอร์หลัก การเปรียบเทียบปารามิเตอร์กระบวนการเคลือบ: การเลือกกระบวนการที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูล: เลือก IBS:เมื่อความต้องการของระบบต้องการ LIDT > 25 J/cm2 และการดูดซึม < 10 ppm IBS เป็นทางเลือกเดียว เลือก IAD:เมื่องบประมาณจํากัด แต่ต้องการ LIDT ในช่วง 15-20 J / cm2 IAD เป็นทางออกที่ประหยัดที่สุด ครับเลือก E-beam:ส่วนใหญ่ใช้สําหรับเลเซอร์พลังงานที่มีความต้องการขั้นต่ําความเสียหายต่ํา หรือการทําต้นแบบเบื้องต้น IV. การตรวจสอบปริมาณของความสอดคล้องกับการเคลือบ ครับ 1การทดสอบ LIDT (ISO 21254): วิธีการ:ใช้วิธีการ 1 ต่อ 1 การฉายแสงหลายจุดภายในจุดรังสีทดสอบ แต่ละสถานที่เพียงครั้งเดียว การวิเคราะห์ข้อมูลคอร์ฟความน่าจะเป็นความเสียหายถูกปรับตัวโดยการลิกกลับเส้นตรง; ค่าความหนาแน่นของพลังงานที่ตรงกับความน่าจะเป็นความเสียหาย 0% ได้กําหนดเป็น LIDT ครับขนาดจุดรังสี:โดยทั่วไป 200-1000 μm ต้องวัดแม่นยําเพื่อคํานวณความหนาแน่นของพลังงาน 2. การวัดการดูดซึม: ครับเลเซอร์เคลอริเมตร:ตัดเฉพาะการเพิ่มอุณหภูมิของตัวอย่างที่ดูดซึมพลังงานเลเซอร์ ความรู้สึกสามารถถึง 0.1 ppm ครับเทคนิคเลนส์ความร้อนบนพื้นผิว:ความรู้สึกสูงมาก สามารถแยกระหว่างการดูดซึมของส่วนใหญ่และพื้นผิว
รายละเอียดบล็อก
การวิเคราะห์การเคลือบแสงสําหรับเลนส์ระบบเลเซอร์พลังงานสูง
2026-02-25
วัสดุ
อัตราการหัก @1064nm
CTE (×10−7/K)
ความสามารถในการนําความร้อน (W/m·K)
คออฟเฟกชั่นการซึมซับ (cm−1)
การใช้งานทั่วไปและข้อตักเตือน
ครับซิลิก้าหลอมครับ
~ 145
5.5
1.38
< 5 × 10−4
มาตรฐานทอง สําหรับการใช้งานพลังงานสูงจาก UV ถึง NIR ความมั่นคงทางความร้อนที่เยี่ยมมาก
ครับBK7ครับ
~ 151
71
1.1
~1 × 10−3
สําหรับพลังงานต่ําปานกลาง ความสามารถทางความร้อนที่ต่ํา
ครับซิลิก้าสังเคราะห์ครับ
~ 145
5.5
1.38
< 2 × 10−4
ความบริสุทธิ์สูงสุด ความสกปรกโลหะต่ํามาก (< 1 ppm) LIDT 20-30% มากกว่าซิลิก้าหลอมธรรมดา
ครับซิลิคอน (Si)ครับ
~355
26
149
ไม่มี
โดยเฉพาะสําหรับช่วงกลาง IR 3-5 μm ความสามารถในการนําความร้อนสูงเป็นข้อดีหลัก
ครับซาฟฟายร์ (Al2O3)ครับ
~ 176
58
27.5
ต่ํามาก
ความแข็งแรงสูงมากและการนําไฟที่ดี สําหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ยูวี แสงที่มองเห็นได้
ปริมาตร
การระเหยขั้วอิเล็กตรอน (E-beam)
การฝังที่ได้รับการสนับสนุนจากไอออน (IAD)
การกระจายรังสีอิโอน (ION BEAM SPUTTERING)
ครับอัตราการฝากเงินครับ
เร็ว (0.5 - 5 nm/s)
กลาง (0.2 - 2 nm/s)
นาน (0.01 - 0.1 nm/s)
ครับอุณหภูมิพื้นฐานครับ
สูง (200 - 350 °C)
กลาง (100 - 300 °C)
ต่ํา (< 100 °C)
ครับความหนาแน่นของเคลือบครับ
ค่อนข้างต่ํา (ขั้วขั้ว, ความหนาแน่น ~ 80-95%)
ความหนาแน่นสูง (> 95%)
ความหนาแน่นสูงมาก (ใกล้ความหนาแน่น 100%)
ครับความหยาบคายของผิวครับ
สูงกว่า (~1-2 nm RMS)
ต่ํา (~ 0.5-1 nm RMS)
ต่ํามาก (< 0.3 nm RMS)
ครับการควบคุมความเครียดครับ
ความเครียดในการดึงแบบปกติ
ปรับ (แรงดันในการบดหรือแรงดันในการดึง)
ความเครียดการบดแบบปกติที่ควบคุมได้
ครับLIDT แบบปกติครับ
ต่ําถึงปานกลาง
กลางถึงสูง
สูงมาก
สื่อสังคม
ผลิตภัณฑ์
ติดต่อเร็ว
อีเมลEric-wang@sapphire-substrate.com
ที่อยู่ ห้อง 1-1805,No.1079 ถนน Dianshanhu, เขต Qingpu เมืองเซี่ยงไฮ้, จีน /201799
จีนคุณภาพดี พื้นผิวไพลิน ผู้จัดหา. ลิขสิทธิ์ © 2019-2026 SHANGHAI FAMOUS TRADE CO.,LTD . สงวนลิขสิทธิ์.
