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符合ISO 11254标准的镀膜损伤阈值测试方法和测试程序

作者:admin  时间:2023-12-15 11:01:03


LAYERTEC根据ISO 11254 标准采用LIDT测试方法,在激光损伤测试方面积累了丰富的经验,但是,这种测量方式既耗费成本又耗费时间,并且还得到的结果具有不确定性和质疑性。在一些情况下,能观察到明显偏低的损伤阈值和严重倾斜的损伤概率分布,而且对测量设置进行故障排除时并没有发现任何问题,这时,只能用其他方法来检测所出现的问题。

LAYERTEC使用相对较大的高斯型激光光斑来测量损伤阈值,典型的光斑大小约为1mm(直径1/e²)。大光斑需要较高的激光能量和峰值功率才能达到在测试点造成破坏所需的通量,损伤阈值LIDT高于50J/cm² 的涂层需要数百毫焦的激光脉冲能量才能被破坏。在这种情况下,会产生大量碎片,并沉积在受损位置周围直径几mm的范围内。如果邻近的测试点位于该区域内,其损伤阈值会因碎片而大大降低,要避免这种系统误差,可以在提供足够多的测试点的同时,选择较大的测量位置间距。另外,超过100J/cm² 的极高激光损伤阈值要求相邻位置之间的间距超过10mm。

ISO标准假设损坏概率呈对称分布,LAYERTEC仅在平均损伤阈值低于30J/cm²时观察到这种行为。平均损伤阈值高于30J/cm²的阈值概率分布明显偏向较低值。假设碎片的影响可以忽略不计,造成这种现象的主要原因是涂层的缺陷,有时是表面质量本身的问题。与ISO标准相反,明显偏低的阈值不应被视为统计异常值,但是严格来说,必须将其考虑在内,否则,损伤阈值测量将会产生较大的误差。

如上所述,基于ISO标准的LIDT测试对于具有高损伤阈值的镀膜层是不可行的。因此,LAYERTEC开发了一种LIDT测量方法,非常适合测量高功率或高能量激光应用中光学镀膜的最小损伤阈值。该方法需要在样品上设置4至7个测试位置,每个位置之间的间距约为10mm。在适当的情况下,使用四个直径为25mm的相同样品,每个测试程序可获得16到28个测量位置,每个位置都用逐步增加的能量密度进行照射,测试激光的能量范围细分为50个等级。在大多数情况下,每个能量级别都要使用100个激光脉冲,以观察涂层的累积效应。起始能量必须足够低,以防止激光引起的损坏,然后,能量不断增加,直到测试位置出现激光诱发的损伤。

以这种方式照射样品上的所有位置,直到每个位置都出现损坏。为了进行测量分析,将报告测得的最高、平均和最低损伤阈值进行进一步的统计分析。所有LAYERTEC测量的损伤阈值都是根据LAYERTEC LIDT脉冲激光源测试程序确定的。另外,汉诺威激光中心(Laser Zentrum Hannover)、哥廷根激光实验室(Laser Labor Göttingen)和耶拿弗里德里希-席勒大学(Friedrich-Schiller-University Jena)等合作伙伴也进行了额外的测量。

由于测量设备数量有限,而且在实际应用中需要进行寿命测试,因此也有必要将一些客户的测量结果和寿命测试(累积辐照测试)纳入LAYERTEC产品手册中。请注意,这些数值不能与标准 LIDT 测量值进行比较,因为所给出的激光参数是没有损坏的参数。此外,这些数值总是存在测量误差,尤其是在确定光斑尺寸时,必须考虑到大约30%的误差。有关长期运行参数的信息肯定会说服客户使用 LAYERTEC光学系统。但是,有时需要在客户的激光系统中进行这些测试。LAYERTEC 还支持在客户的工厂进行此类测试,并为测试样品提供可观的折扣。

左图:LIDT 测量装置的样品台     右图:LIDT 光束线


LAYERTEC是一个在生产激光反射镜方面具备深厚能力的厂商,当然是少不了对激光损伤阈值的测试。其中,镀膜损伤阈值的测试方法不仅是根据ISO 11254 标准采用LIDT测试程序,还与汉诺威激光中心(Laser Zentrum Hannover)、哥廷根激光实验室(Laser Labor Göttingen)以及耶拿弗里德里希-席勒大学(Friedrich-Schiller-University Jena)等合作进行额外的测试,减小LIDT的误差。

Layertec超快激光的损伤阈值概述:

1LIDT数据概览(表取自目录55页)

涂层

800nm波长的反射率

LIDT

脉冲持续时间,重复率

单波长AR增透膜**

Single-wavelength AR coating**

<0.2%

1.10 J/cm23)

42 fs1 kHz

1.20 J/cm22)

1 ps1 kHz

带宽AR增透膜**

<0.5%

1.20 J/cm22)

1 ps1 kHz

无保护金膜

Unprotected gold

97.5%

0.33 J/cm21)

50 fs, 1 kHz

0.33 J/cm22)

150 fs, 1 kHz

fs-优化银

fs-optimized silver

98.5%

0.38 J/cm21)

50 fs, 1 kHz

0.38 J/cm22)

150 fs, 1 kHz

增强银(600-1200nm

98.5%

0.24 J/cm22)

150 fs, 1 kHz

部分透明银(T=0.01%@800nm)

98.5%

0.22 J/cm22)

150 fs, 1 kHz

用于fs脉冲的高功率反射镜

>99.5%

0.90 J/cm23)

42 fs, 1 kHz

3.60 J/cm24)

70 fs, 10 Hz

增强银 (800nm)

99.7%

0.37 J/cm22)

150 fs, 1 kHz

负色散反射镜*

>99.9%

0.10 J/cm22)

150 fs, 1 kHz

低带宽GDD反射镜*


>99.9%

0.15 J/cm21)

6 fs, 4 kHz

0.10 J/cm22)

150 fs, 1 kHz

标准低GDD反射镜

Standard low-GDD mirrors

>99.9%

0.50 J/cm23)

42 fs, 1 kHz

2.40 J/cm24)

70 fs, 10 Hz

0.30 J/cm22)

150 fs, 1 kHz

0.55 J/cm22)

1 ps, 1 kHz

用于ps脉冲的高功率反射镜

High power mirror for ps pulses

>99.9%

0.35 J/cm21)

50 fs, 1 kHz

0.44 J/cm22)

150 fs, 1 kHz

0.65 J/cm22)

1 ps, 1 kHz

1)在弗里德里希-席勒耶拿大学(Friedrich Schiller University Jena)进行测量

2) 在汉诺威激光中心(Laser Zentrum Hannover)进行了测量

3)在布达佩斯维格纳物理研究中心(Wigner Research Centre for Physics, Budapest)进行测量

4)在德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心(Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf)进行测量

* 对大量设计进行了测试,此处所述的LIDT值是相应测试条件下的典型值

** 自聚焦效应可能会破坏基底,而AR涂层仍然完好无损

激光对镀膜表面造成的损伤,直径≈750µm


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