Просветляющие покрытия

Просветляющие покрытия увеличивают пропускание через элемент вследствие уменьшения потерь на естественное Френелевское отражение, всегда присутствующее на границах сред с разными показателями преломления. Просветляющие покрытия чаще всего применяются для линз, окон, призм и стержней. Тидекс предлагает следующие виды просветляющих покрытий: однослойное покрытие на основе MgF2, V-образное покрытие на одну длину волны, широкополосное просветляющее покрытие, просветляющее покрытие на две длины волны и V- образное покрытие для ИК диапазона.

1. Однослойное покрытие на основе MgF2

Возможно, самое простое и наименее дорогое просветляющее покрытие состоит из одного слоя фторида магния (MgF2). Так как MgF2 имеет очень низкий показатель преломления (приблизительно 1.38 на длине волны 550 нм), то при нанесении на обычное оптическое стекло (показатель преломления 1.45-1.85)  слоя данного материала толщиной в четверть длины волны проявляются привлекательные просветляющие свойства. Один слой покрытия на основе MgF2 позволяет уменьшить потери на Френелевское отражение с типично 4 % (без покрытия) до менее 1% (с покрытием). Покрытие MgF2  может быть также оптимизировано на определенную длину волны. Например, в случае покрытия MgF2, предназначенного для уменьшения Френелевского отражения в широком диапазоне 400-700 нм, наименьшие потери будут обычно достигаться на центральной длине волны 550 нм. Естественно, если Френелевские потери необходимо уменьшить до уровня 0.5% или менее, то следует использовать многослойные покрытия, описанные ниже.               

Рис. 1 Однослойное просветляющее покрытие MgF2 на диапазон длин волн 600-1000нм, угол падения 0°.

Диапазон длин волн, нм Остаточное отражение от одной поверхности, % Угол падения, угл.град. Порог повреждения, Дж/см2, 10 нс импульс 400-700 <=2.0 0 2 600-1000 <=2.0 0 2

2. V-образное просветляющее покрытие на одну длину волны

V-образные просветляющие многослойные покрытия позволяют достигать чрезвычайно низких Френелевских потерь на определенных длинах волн, обычно генерируемых лазерами. Обозначение «V» происходит от формы кривой остаточного отражения, которая характеризуется V-образной ступенькой (в противоположность однослойному MgF2 покрытию, когда кривая похожа на очень пологую «U»).

Стандартное значение потерь на отражение от каждой поверхности для V-образного покрытия менее 0.25%. Достижение величины ≤0.1%  также возможно по специальному запросу.

Длина волны, нм Остаточное отражение от одной поверхности, % Угол падения, угл.град. Порог повреждения, Дж/см2, 10 нс импульс 248 < 0.25 0 2 266 < 0.25 0 2 308 < 0.25 0 3 337 < 0.25 0 3 355 < 0.25 0 3 488 < 0.25 0 4 532 < 0.25 0 4 633 < 0.25 0 4 670 < 0.25 0 4 780 < 0.25 0 4 1064 < 0.25 0 4 1310 < 0.25 0 4 1550 < 0.25 0 4 2100 < 0.3 0 4

3.  Широкополосное просветляющее покрытие

Для широкополосного просветляющего покрытия используются многослойные структуры, обычно состоящие из чередующихся слоев двух материалов с разными показателями преломления, которые позволяют достигнуть лучших показателей в широком диапазоне длин волн по сравнению с однослойным просветляющим покрытием.

Рис. 3-1 Просветляющее покрытие на диапазон 250-420 нм, угол падения 0°.

Рис. 3-2 Просветляющее покрытие на диапазон 425-675 нм, угол падения 0°.

Рис. 3-3 Просветляющее покрытие на диапазон 1000-1400 нм, угол падения 0°.

Диапазон длин волн, нм Среднее остаточное отражение на поверхность, % Угол падения, угл.град. Порог повреждения, Дж/см2, 10 нс импульс 250-420 <=1.4 0 2 425-675 <=0.45 0 3 400-700 <=0.5 0 3 400-900 <=1.0 0 3 600-900 <=0.5 0 4 700-1100 <=0.5 0 4 1000-1400 <=0.7 0 4 1500-1800 <=0.6 0 3

4.  Двух- и трёх-полосные просветляющие покрытия

Двух-полосные просветляющие многослойные покрытия требуются, когда оптические компоненты должны обеспечивать очень высокое пропускание на двух различных длинах волн.

Рис. 4-1 Просветляющее покрытие для 355 и 532 нм, угол падения 0°.

Рис. 4-2 Просветляющее покрытие для 532 и 1064 нм, угол падения 0°.

Длины волн, нм Максимальное остаточное отражение, % Угол падения, угл.град. Порог повреждения, Дж/см2, 10 нс импульс 266 & 355 <=1.4 0 3 266 & 355 <=0.45 0 3 355 & 532 <=0.25 & <=0.5 0 4 400 & 800 <=0.5 0 4 532 & 1064 <=0.5 0 5

Аналогично, трёх-диапазонные просветляющие покрытия улучшают оптическое пропускание одновременно на трёх различных длинах волн. Обычно такие покрытия используются в YAG-лазерах, где необходимо обеспечить прохождение фундаментальной длины волны, а также излучения второй и третьей гармоник через один и тот же оптический элемент с высокой эффективностью.

Рис 4-3. Просветляющее покрытие для 355, 532 и 1064 нм, угол падения 0°.

Длина волны, нм Максимальное остаточное отражение, % Угол падения, угл.град. Порог повреждения, Дж/см2, 10 нс импульс 355 & 532 & 1064 <=0.5 & <=0.5 & <=0.5 0 4

5. V-образное инфракрасное просветляющее покрытие на одну длину волны

Хотя Тидекс может поставлять просветляющие покрытия на почти любую длину волны ИК диапазона, но наиболее часто запрашиваемым является покрытие на 10.6 микрона для CO2 лазеров - “рабочей лошадки” лазерной индустрии. Тидекс предлагает покрытия с малыми потерями, до 0.25%, которые подходят для использования в фокусирующих линзах и окнах для относительно маломощных CO2  лазеров.

Рис. 5-1 Просветляющее покрытие на 10.6 микрона на подложке из ZnSe, угол падения 0°.

Материал подложки/ Длина волны, микроны Максимальное остаточное отражение, % Угол падения, угл.град. Порог повреждения, кВт/см2, непрерывный режим ZnSe/10.6 < 0.5 0 >1 GaAs/10.6 < 0.5 0 No data

6. Широкополосное инфракрасное просветляющее покрытие

Тидекс предлагает очень большой выбор широкополосных инфракрасных просветляющих покрытий для таких применений, как пирометрия и термография, в популярных диапазонах 3-5 и 7-14 микрон. Покрытия могут быть нанесены на различные виды подложек. Широкополосные просветляющие покрытия для ИК диапазона также широко применяются в Фурье спектроскопии. Нижеследующие величины пропускания приведены для окон толщиной 2.0 мм. Пороги повреждения данных покрытий не приводятся, так как в основном они не применяются в приложениях с высокой интенсивностью.

Материал подложки/Диапазон длин волн, микроны Среднее пропускание, % Угол падения, угл.град. ZnSe/3-12 >95 0 ZnSe/7-14 >97 0 Ge/7-14 >97 0 Ge/3-5 & 8-12 >96 0 Ge/2-20 >95 0 Si/2-6 >91 0 Si/3-5 >93 0

Рис. 6-1 Просветляющее покрытие на 2-6 микрон на подложке из Si, угол падения 0°.

Рис. 6-2 Просветляющее покрытие на 3-5 микрон на подложке из ZnSe, угол падения 0°.

7.  Двухполосное инфракрасное просветляющее покрытие

Очень часто при использовании промышленных CO2 лазеров в целях визуализации ИК луча необходимо осуществить прохождение его и видимого излучения вдоль одного оптического пути. Для данного применения, особенно в связи с тем, что Френелевские потери от непокрытого ZnSe очень высоки, покрытие одновременно прозрачное для видимого и CO2 лазеров является большим преимуществом. Стандартные покрытия, используемые Тидексом в данной области, приведены ниже.

Материал подложки/ Длины волн, микроны Максимальное остаточное отражение, % Угол падения, угл.град. Порог повреждения, кВт/см2, непрерывный режим ZnSe/0.532 & 10.6 <0.5 0 1 ZnSe/0.633 & 10.6 <0.5 0 1

Рис. 7-1 Просветляющее покрытие на 532 нм и 10,6микрона на ZnSe, угол падения 0°.