用于高功率光纖激光器應(yīng)用的硬金涂層反射鏡

工業(yè)鐿 ~1 微米波長近紅外光纖激光器于 1990 年代后期首次出現(xiàn)。此時(shí)，它們的光功率不到 10W，標(biāo)準(zhǔn)鍍膜 BK7 可用于反射式和透射式光束傳輸光學(xué)器件。在 1990 年代，光纖激光器的發(fā)展速度非常快，100W 和 200W 激光器在 2000 年代初期開始工業(yè)化。在這些功率密度水平下，在某些應(yīng)用中，由于熱效應(yīng)，BK7 變得不可行。有兩個(gè)主要效果：

• 由于折射率偏移以及不均勻的熱膨脹而導(dǎo)致的熱透鏡效應(yīng)。
• 熱誘導(dǎo)涂層波長偏移，產(chǎn)生反射率和吸收率偏移。

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具有合適介電涂層的高質(zhì)量無氧熔融石英成為這些應(yīng)用中透射和反射光學(xué)器件的最佳選擇。隨后，光纖激光器繼續(xù)加速發(fā)展，現(xiàn)在提供高達(dá) 10kW 的 TEM00 激光器。同樣，薄盤激光器的并行技術(shù)也提供了具有同等功率水平的激光器。這些功率水平對光束處理和傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了巨大挑戰(zhàn)，使鍍膜熔融石英光學(xué)器件的生存和性能受到質(zhì)疑。

高功率近紅外激光器的反射光學(xué)元件的一種新穎解決方案是使用我們的鍍硬金銅鏡。硬金涂層鎳銅 （NiCu） 反射鏡是所有銅反射鏡類型中使用最廣泛的。它們由銅基板組成，精確研磨成所需的表面形狀，鍍有一層拋光和鍍硬金的鎳薄層。幾十年來，它們一直是 10.6 微米 CO2 激光器應(yīng)用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它們目前還被用于高功率光纖激光器的多種工業(yè)應(yīng)用，并取得了巨大成功。鍍硬金銅鏡的特點(diǎn)包括：

• 硬金涂層的堅(jiān)固性已在工業(yè)上得到證明，適用于連續(xù)和脈沖應(yīng)用的高激光功率強(qiáng)度。
• 與熔融石英上的介電涂層相比，銅上的金涂層更能抵抗由于輕微污染或劃痕而導(dǎo)致的涂層失控失效。這是由于金涂層和銅基板的高導(dǎo)熱性減少了局部溫度變化。
• 與介電涂層相比，金涂層的反射率略低，但與熔融石英相比，銅的導(dǎo)熱性明顯更高，從而減輕了這種情況。大約是 270：1 的比率！因此，基本上消除了由于不均勻熱膨脹引起的熱透鏡效應(yīng)。
• 金涂層在很大程度上對入射角 （AOI） 和光束偏振不敏感。通常，在 0° AOI 下，Rs 和 Rp 為 97.9%R，在 1.07 微米波長下，45° AOI 時(shí) Rs 為 98.5% 和 Rp 97.1%。此特征擴(kuò)展到更大的 AOI，如下圖所示。
  
• 金涂層不限于 1.07 微米波長，可用于從 0.8 微米到 10.6 微米及以上的所有波長。可見光中具有足夠的反射率特性，允許使用光纖激光器常見的同軸可見光指向光束。見下圖：
  
• 與真空沉積的硬金涂層不同，電鍍金永遠(yuǎn)不會剝落、剝落或分層。
• 水冷通道可以集成到銅鏡中，也可以通過整體安裝孔和面定制鏡面形狀。這些功能提供了反射鏡的直接冷卻以及簡化的安裝。這些功能消除了熱固定座移位效果。
• 鏡面可以是平面的，也可以是單點(diǎn)金剛石車削 （SPDT） 到球形、拋物線、復(fù)曲面或許多其他幾何形狀之一。鏡子可以具有許多功能，而不僅僅是光束彎曲。
• 如有必要，可以去除并更換金色表面，以翻新磨損、劃痕的鏡面。這對于復(fù)雜的鏡子幾何形狀可能很有吸引力。

因此，鍍硬金的 NiCu 反射光學(xué)器件避免了鍍膜石英光學(xué)器件常見的對塊狀材料或涂層的熱效應(yīng)問題，并帶來了許多其他優(yōu)勢和可能性。