大功率飛秒激光光學

2017-04-13

技術文章

大功率飛秒激光光學

飛秒激光光學涂層通常針對特殊的反射率，透射率和GDD光譜進行優化。這種涂層的激光誘導損傷閾值（LIDT）對于大多數應用來說不太重要。然而，大功率fs激光器正在調查中，近年來fs激光器的輸出功率大大增加（參見參考文獻1）及其中的參考文獻。因此，fs激光光學的LIDT變得越來越重要。 LAYERTEC已經對fs和ps激光器的LIDT進行了詳細的研究。*如下表所示，我們發現標準寬帶和超寬帶光學器件和我們的高功率鏡的LIDT值有很大差異。標準低GDD鏡像顯示0.3J / cm2的LIDT值，而負GDD鏡，寬帶和超寬帶組件的LIDT約為0.1J / cm2。

我們的調查證明，飛秒激光光學的LIDT取決于涂層材料和涂層設計。標準低GDD組件和上述其他光學器件的LIDT值的差異來自使用的不同涂層設計。特別是寬帶和負GDD設計導致低損傷閾值。只有標準低GDD組件的設計達到更高的LIDT值。在所有這些情況下，選擇具有高對比度的折射率的材料以便實現大的帶寬。可以使用其他涂料實現更高的LIDT值。然而，由于折射率較低的對比度，由這些材料制成的反射鏡僅具有約80nm的帶寬。然而，這個帶寬對于低150fs的脈沖長度來說就足夠了。所有高功率設計都針對GDD <20fs2進行了優化。

我們區分不同的大功率設計，因為不同的材料組合和設計在制備涂層方面需要不同的努力，并且在機械性能方面也有所不同。層中的壓力。這些涂層的光譜帶寬幾乎相同。一個例子如圖1所示。

還發現LAYERTEC優化銀鏡的LIDT值高于fs范圍內的標準組件。銀鏡是有利的，因為它們具有非常寬的零GDD反射帶，在正常入射時的反射率高達98.5％。即使具有0.01％定義透射率的銀色鏡像顯示出比所有介電超寬帶組件更高的損傷閾值。有關銀鏡的更多信息，請參見此處。

1）E.Innerhofer，T.Südmeyer，F.Brunner，R.Häring，A.Aschwanden和R.Paschotta，C.Hönninger和M.Kumkar，U.Keller，“60-W平均輸出功率在810-fs脈沖來自薄盤Yb：YAG激光器“，OPTICS LETTERS Vol.28，No.5，p.367-369

*與激光中興漢諾威和弗里德里希 - 席勒大學合作。這項工作大部分是在德國加入項目PRIMUS的框架內完成的，該項目得到了Forschung und Technologie的Bundesministerium的支持

介質大功率鏡

圖1：大功率fs激光鏡HR（0°，800nm）的反射光譜R> 99.9％

關于激光誘導的飛秒激光損傷閾值的概述

Coating	reflectance at 800 nm	LIDT [J/cm2] *
Coating	reflectance at 800 nm	50 fs	150 fs	1 ps

Bare gold	97.5 %	0.33	0.33
Fs-protected silver	98.5 %	0.38	0.38
Enhanced silver (800 nm)	99.7 %		0.37
Enhanced silver (600 – 1200 nm)	98.5 %		0.24
partially transparent silver (T(800 nm) = 0.01%)	98.5 %		0.22

Negative dispersion mirrors	> 99.9 %		∼ 0.10
Broadband low GDD mirrors	> 99.9 %		∼ 0.10
Standard low GDD mirrors	> 99.9 %		0.30	0.55
High power mirror type A	> 99.9 %	0.35	0.44	0.65
High power mirror type B	> 99.8 %		0.75	1.04

Single wavelength AR coating	< 0.2 %			1.20**
Broadband AR coating	< 0.5 %			1.20**

*測量條件：30000脈沖，重復頻率1kHz，λ= 800nm; 根據ISO 11254，在漢諾威Laser Zentrum和Friedrich-Schiller-UniversitätJena進行了測量

**自聚焦效應可能破壞基材，而AR涂層仍然穩定

金屬大功率鏡

圖2：裸金和fs優化銀的反射光譜（針對800nm處的高反射率進行了優化）

大功率飛秒激光鏡GDD

圖3：標準和高功率電介質反射鏡和fs保護銀鏡的組延遲色散（GDD）