Блог

Oct 03, 2023

Проблемы изготовления и нанесения покрытия на лазерные кристаллы

Лазерные кристаллы можно считать «двигателями» твердотельных лазеров. Они есть

Лазерные кристаллы можно считать «двигателями» твердотельных лазеров. Они используются для усиления среды, для преобразования частоты и для управления характеристиками и производительностью лазера. Подобно двигателю автомобиля, если лазерные кристаллы чисты и работают правильно, они позволяют более крупной системе работать на более высоком уровне. В случае лазерной системы работа на высоком уровне означает создание стабильного луча и достижение высокой оптической мощности. Некоторые преимущества лазерных кристаллов перед другими твердотельными усиливающими средами заключаются в том, что они обычно обеспечивают меньшее поглощение, более узкую полосу пропускания излучения, более высокие сечения перехода и более высокую теплопроводность. Лазерные кристаллы имеют решающее значение для реализации широкого спектра приложений, включая лазерную обработку материалов, лазерную хирургию, зондирование, оборонные приложения, такие как дальномер, и многое другое.

Поскольку лазерные кристаллы являются чувствительными оптическими компонентами и часто используются с мощными лазерами, крайне важно нанести на них правильные покрытия без каких-либо дефектов. Хотя сложная геометрия и требования к высокому порогу лазерного повреждения (LDT) усложняют изготовление лазерных кристаллов, учет нескольких ключевых соображений помогает гарантировать, что кристалл и его покрытие будут вести себя должным образом.

Лазерные кристаллы представляют собой оптические кристаллы, обычно легированные переходными металлами или ионами редкоземельных металлов. Существует множество различных типов и форм кристаллов, и каждый кристалл имеет свой уникальный набор свойств, которые необходимо учитывать. Некоторые распространенные формы кристаллов включают стержни, кубы и зигзагообразные пластины, используемые для уменьшения термического линзирования и двойного лучепреломления, вызванного напряжением.

Необработанные були или синтетически выращенные слитки кристаллов разрезаются, шлифуются и полируются в соответствии с жесткими допусками, необходимыми для конкретного применения. Параллельность и перпендикулярность различных граней кристалла должны строго контролироваться, поскольку выравнивание кристалла внутри резонатора лазера имеет решающее значение для правильного функционирования. Защита ранее отполированных поверхностей при полировке других поверхностей имеет решающее значение для сохранения качества поверхности. Полировка тщательно контролируется, чтобы свести к минимуму повреждение подповерхностных слоев, которое может привести к потере света и даже полному выходу из строя, если мощный лазерный свет рассеется от дефектов или поглотится.

В процессе метрологии обеспечивается соблюдение требований к форме поверхности, параллельности, перпендикулярности, размерным характеристикам и качеству поверхности. Тщательная очистка всех полированных поверхностей перед нанесением покрытий также важна для предотвращения попадания любых загрязнений, таких как суспензия или блокирующие вещества. Ультразвуковая очистка удаляет остатки полировочного состава перед нанесением покрытия. Это особенно полезно при очистке шлифованных поверхностей, поскольку их сложнее очистить вручную, чем полированные поверхности. Наконец, ручной осмотр с использованием микроскопа с большим увеличением проверяет чистоту и качество и определяет, требуется ли дополнительный этап ручной очистки.

Большинство лазерных кристаллов имеют две поверхности, которые необходимо отполировать и покрыть, но в зависимости от геометрии кристалла может потребоваться до шести различных полированных поверхностей и покрытий. Покрытие нескольких поверхностей увеличивает сложность процесса нанесения покрытия. Необходимо учитывать конкретный порядок нанесения покрытий, чтобы сохранить качество поверхности остальных граней кристалла и не повредить уже нанесенные покрытия. Методы оснастки и блокировки, используемые во время нанесения покрытия, также имеют решающее значение для защиты уже покрытых поверхностей и предотвращения нежелательного распыления на другие поверхности. Инструменты разработаны таким образом, чтобы обеспечить расширение различных материалов во время нанесения покрытия без их повреждения. В некоторых случаях этапы полировки и нанесения покрытия чередуются. Это часто случается, когда поверхности, прилегающие друг к другу, покрыты покрытием до самых краев.

Наносятся тонкопленочные покрытия для улучшения пропускающих и отражающих свойств. Конкретные используемые покрытия полностью зависят от длины волны конечного применения, уровней мощности, требований к окружающей среде (температура, влажность, вакуум, радиация, солевой туман и т. д.), конструкции лазера и других факторов. Покрытия наносятся как однополосные, так и многодиапазонные по техническому заданию заказчика. Геометрия камеры и методы испарения являются важными параметрами, которые необходимо соблюдать, чтобы обеспечить идеальную однородность между всеми частями. Многополосные покрытия очень тщательно разрабатываются с учетом повторяемости с очень дискретным контролем толщины слоя для получения непоглощающих пленок с низкими потерями. Иногда покрывается целая кристаллическая пластина, разрезается на более мелкие кусочки, а затем снова покрывается слоем, чтобы покрыть вновь созданные поверхности.