Laserkomponenten

Beschichtungen für Laseranwendungen

LAYERTEC ist spezialisiert auf die Herstellung von Optiken für Laseranwendungen im Wellenlängenbereich vom VUV (157 nm und darunter) bis zum NIR (~4 μm).

Die häufigsten Arten von optischen Beschichtungen für Laser sind hochreflektierende Spiegel (für normalen Einfallswinkel als Resonatorspiegel oder für einen Winkel von 45° als Umlenkspiegel), Teilreflektoren für Auskoppler und Strahlteiler sowie Antireflexionsbeschichtungen für Fenster und Linsen. Beschichtungen für komplexere Lasertypen kombinieren bis zu drei Wellenlängenbereiche mit hoher Reflektivität (z.B. für die Laserwellenlänge und die Harmonischen) und bis zu drei Wellenlängenbereiche mit hoher Transmission (z.B. für die Pumpwellenlänge, die Harmonischen oder zur Unterdrückung anderer Laserlinien). Breitbandspiegel und Spiegel, die für konstante Gruppenlaufzeit- und Gruppenlaufzeitdispersion optimiert sind, werden für Laser benötigt, die in einem großen Wellenlängenbereich emittieren, z.B. Farbstofflaser, Ti:Saphir-Laser, optische parametrische Oszillatoren (OPOs) und Femtosekundenlaser.

Neben Reflektivität und Transmission müssen Beschichtungen für Laseranwendungen auf niedrige optische Verluste und hohe laserinduzierte Schadensschwellen optimiert werden.

Gesputterte optische Schichten für den VIS- und NIR-Bereich weisen extrem niedrige Streulicht- und Absorptionsverluste auf (beide in der Größenordnung von etwa 10-5). Die Reflektivität von HR-Spiegeln oder die Summe von Reflektivität und Transmission von durch Magnetronsputtern hergestellten Teilreflektoren liegt weit über 99,9 %. Kürzlich gemessene Absorptionsverluste im NIR-Bereich liegen in der Größenordnung von 3–30 ppm sowohl für gesputterte als auch für aufgedampfte Schichten. Aufgedampfte Schichten weisen Streulichtverluste in der Größenordnung von etwa 10-3 im VIS-NIR-Bereich und bis zu etwa 10-2 im UV und VUV auf. Dennoch weisen aufgedampfte Schichten geringe Absorptionsverluste im UV-Bereich auf.

Schäden in cw- und ns-Laseroptiken sind hauptsächlich auf thermische Effekte wie erhöhte Absorption – entweder intrinsische Absorption in den Beschichtungsmaterialien oder Absorption durch Defekte – oder schlechte Wärmeleitfähigkeit und niedrige Schmelztemperaturen der Beschichtungen zurückzuführen. Hochleistungsbeschichtungen erfordern sowohl die Kontrolle der intrinsischen Eigenschaften der Beschichtungsmaterialien als auch die Reduzierung von Defekten in den Schichten. Laserschäden an Pikosekunden- und Femtosekundenlaseroptiken werden hauptsächlich durch Feldstärkeeffekte verursacht. Hochleistungsbeschichtungen für diese Laser erfordern sehr spezielle Schichtdesigns.

Die Bestimmung der laserinduzierten Zerstörschwelle (LIDT) nach den Normen ISO 11254-1 (cw- LIDT und 1-on-1 LIDT, d.h. Einzelpuls-LIDT), ISO 11254-2 (S-on-1, d.h. Mehrfachpuls-LIDT) und ISO 11254-3 (LIDT für eine bestimmte Anzahl von Pulsen) erfordert Lasersysteme, die in einzelnen Moden arbeiten, präzise Strahldiagnostik sowie Online- und Offline-Schadensdetektionssysteme. Dies ist der Grund, warum nur eine begrenzte Anzahl von Messsystemen mit nur wenigen Lasertypen zur Verfügung steht (z.B. für 1064nm am Laserzentrum Hannover). Für einige der prominentesten Laserwellenlängen wie z.B. Argonionenlaser (488 nm oder 514 nm) gibt es kein Messsystem und es können keine zertifizierten LIDT-Daten bereitgestellt werden.

Die 1-on-1 LIDT (d. h. 1 Puls auf 1 Stelle der Probe) ist nicht repräsentativ für die normalen Betriebsbedingungen. Diese Werte können jedoch zum Vergleich verschiedener Beschichtungen und für Optimierungsverfahren verwendet werden. Außerdem stehen die 1-on-1-Werte in direktem Zusammenhang mit der praktischeren S-on-1-LIDT (LIDT für eine bestimmte Anzahl "S" von Pulsen auf derselben Stelle der Probe) und können als Obergrenze der LIDT interpretiert werden. Lasersysteme mit hohen Repetitionsraten (einige kHz) erfordern Lebensdauertests, die durch LIDT-Werte für eine hohe Anzahl von Pulsen ausgedrückt werden.

Die begrenzte Anzahl von Messeinrichtungen und der Bedarf an Lebensdauertests für praktische Anwendungen machen es notwendig, auch Messungen, Lebensdauertests oder kumulative Bestrahlungstests verschiedener Kunden in unseren Katalog sowie in diese Website aufzunehmen. Bitte beachten Sie, dass diese Werte nicht mit einer LIDT-Messung verglichen werden können, da die dort angegebenen Laserparameter diejenigen ohne Beschädigung sind. Außerdem sind diese Werte immer mit einer Unsicherheit behaftet, insbesondere bei der Bestimmung der Spotgröße. Fehler in der Größenordnung von etwa 30 % müssen einkalkuliert werden. Dennoch sind wir der Meinung, dass die Informationen über die Parameter des erfolgreichen Betriebs unserer Optiken sicherlich eine Entscheidungshilfe für den Einsatz von LAYERTEC Optiken sind. Manchmal sind aber auch Tests an der Laseranlage des Kunden notwendig. LAYERTEC unterstützt solche Tests beim Kunden durch einen erheblichen Preisnachlass für die Teststücke.