大功率飞秒激光光学

2017-04-13

技术文章

大功率飞秒激光光学

飞秒激光光学涂层通常针对特殊的反射率，透射率和GDD光谱进行优化。这种涂层的激光诱导损伤阈值（LIDT）对于大多数应用来说不太重要。然而，大功率fs激光器正在调查中，近年来fs激光器的输出功率大大增加（参见参考文献1）及其中的参考文献。因此，fs激光光学的LIDT变得越来越重要。 LAYERTEC已经对fs和ps激光器的LIDT进行了详细的研究。*如下表所示，我们发现标准宽带和超宽带光学器件和我们的高功率镜的LIDT值有很大差异。标准低GDD镜像显示0.3J / cm2的LIDT值，而负GDD镜，宽带和超宽带组件的LIDT约为0.1J / cm2。

我们的调查证明，飞秒激光光学的LIDT取决于涂层材料和涂层设计。标准低GDD组件和上述其他光学器件的LIDT值的差异来自使用的不同涂层设计。特别是宽带和负GDD设计导致低损伤阈值。只有标准低GDD组件的设计达到更高的LIDT值。在所有这些情况下，选择具有高对比度的折射率的材料以便实现大的带宽。可以使用其他涂料实现更高的LIDT值。然而，由于折射率较低的对比度，由这些材料制成的反射镜仅具有约80nm的带宽。然而，这个带宽对于低150fs的脉冲长度来说就足够了。所有高功率设计都针对GDD <20fs2进行了优化。

我们区分不同的大功率设计，因为不同的材料组合和设计在制备涂层方面需要不同的努力，并且在机械性能方面也有所不同。层中的压力。这些涂层的光谱带宽几乎相同。一个例子如图1所示。

还发现LAYERTEC优化银镜的LIDT值高于fs范围内的标准组件。银镜是有利的，因为它们具有非常宽的零GDD反射带，在正常入射时的反射率高达98.5％。即使具有0.01％定义透射率的银色镜像显示出比所有介电超宽带组件更高的损伤阈值。有关银镜的更多信息，请参见此处。

1）E.Innerhofer，T.Südmeyer，F.Brunner，R.Häring，A.Aschwanden和R.Paschotta，C.Hönninger和M.Kumkar，U.Keller，“60-W平均输出功率在810-fs脉冲来自薄盘Yb：YAG激光器“，OPTICS LETTERS Vol.28，No.5，p.367-369

*与激光中兴汉诺威和弗里德里希 - 席勒大学合作。这项工作大部分是在德国加入项目PRIMUS的框架内完成的，该项目得到了Forschung und Technologie的Bundesministerium的支持

介质大功率镜

图1：大功率fs激光镜HR（0°，800nm）的反射光谱R> 99.9％

关于激光诱导的飞秒激光损伤阈值的概述

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**

*测量条件：30000脉冲，重复频率1kHz，λ= 800nm; 根据ISO 11254，在汉诺威Laser Zentrum和Friedrich-Schiller-UniversitätJena进行了测量

**自聚焦效应可能破坏基材，而AR涂层仍然稳定

金属大功率镜

图2：裸金和fs优化银的反射光谱（针对800nm处的高反射率进行了优化）

大功率飞秒激光镜GDD

图3：标准和高功率电介质反射镜和fs保护银镜的组延迟色散（GDD）