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激光反射镜的选型和常规指标介绍
激光反射镜的简介
 

高能激光技术经历了60年的飞速发展，激光系统中的反射镜也承受着越来越高的功率密度，传统的反射镜基片材料、表面镀膜层和表面质量标准等已不能完全适应高能激光系统的需要。激光辐射对反射镜（及其他光学元件）的损伤主要有三种形式：一是因光吸收导致的热效应；二是短脉冲激光辐射造成的介质击穿；三是超短脉冲材料激光下，因极高的峰值功率而直接导致物质化学键破坏。因此，反射镜在传输高能激光束时，由于激光辐射作用及反射镜材料的热膨胀、局部热应力以及反射镜固定时的机械应力等原因，会使反射镜面发生形变，影响光束的传输质量。
激光反射镜是激光系统中的主要光学元件，包含单点波长激光反射镜、宽带激光反射镜，在激光光学系统中起到反射光线、折转光路等作用。广泛的应用在激光打标、激光焊接、激光微加工、非线性光学和各种以激光为光源的教育科研相关领域等。激光反射镜的好坏直接影响着激光系统的性能。
 
激光反射镜技术指标
 
在高能激光系统中，制约着反射镜性能的因素已不单单是反射率，还包括了激光损伤阈值、表面质量等。选择激光反射镜时，最重要也是最难选择的是激光损伤阈值。
 
激光损伤阈值
激光损伤阈值是衡量一个光学元件承受光辐射能力的参数，表示可以承受的最大光功率密度（连续光源）或最大能量密度（脉冲光源），单位分别是W/cm2和J/cm2。如下图，是联合光科的Zerodur激光线介质反射镜系列产品的激光损伤阈值及其他部分参数。
 
图2 Zerodur激光线介质反射镜参数
 
连续激光对光学元件的损伤，主要是由光吸收形成的热效应造成的，损伤阈值由最高可承受的激光功率密度表示。
，单位是W/cm2，如，一个功率为100W的连续激光，光斑直径为5mm，则 

这样求得的是整个光斑上功率密度的平均值。
脉冲激光对元件的损伤阈值，通常由最大可承受的脉冲能量密度来表示，
，单位是J/cm2，如，一个单位脉冲能量为0.5J的脉冲激光，脉宽为20ns，光斑直径为5mm，则
，同样这也是一个平均值。
 
对于脉冲宽度为皮秒(ps)和飞秒(fs)的超快激光，由于在激光脉冲内有极高的峰值功率和电场强度，其损伤阈值通常无法从纳秒脉冲的损伤阈值中计算得到，且损伤机制和脉冲宽度有很大关系，不易表征。
 

在判断激光反射镜的激光损伤阈值是否满足要求时，有几点需要注意：

1. 对于连续激光，对于连续激光，为了保险起见，通常在计算得到的激光功率密度上乘2，来表示高斯光束中心区域的功率密度。

2. 对于连续激光，光学元件的激光损伤阈值随波长成比例关系，例如，在532nm处的损伤阈值大约是1064nm处阈值的一半。

3. 对于脉冲激光光束，常有一些较高功率的热点，为了保证反射镜不被损坏，建议在计算得到的能量或功率密度乘上2或3倍的安全系数。

4. 对于脉冲宽度在微秒(μs)和纳秒(ns)之间的脉冲激光，损伤阈值和脉冲的时域宽度的平方根成比例关系。例如，一个光学元件在1μs脉冲下的损伤阈值，是其在10ns脉冲下损伤阈值的10倍。

5. 若激光脉冲宽度在毫秒(ms)和连续激光之间，则要同时满足激光反射镜的连续和脉冲激光损伤阈值。

 
表面面型

表面面型偏差指的是光学元件表面与理想标准面的偏差量，由光圈或表面平整度来表示。联合光科提供的激光反射镜标准品有两种面型精度，分别是λ/4@632.8nm和λ/10@632.8nm，对于平面反射镜来说，数值越小表示表面越平整。
 
表面光洁度
表面光洁度，表示光学表面的划痕和麻点，越小的值表示划痕和麻点的尺寸越小。对于激光系统，光学元件的高表面光洁度尤为重要，可以有效降低光的散射。联合光科提供的激光反射镜具有高表面光洁度，一般优于20-10，甚至在10-5范围内。
 
激光反射镜应用和选型
 

激光反射镜被应用于非常广泛的领域，包括：激光器、激光设备、医疗仪器、光通讯等。联合光科可提供多种应用于不同工作场景的激光反射镜，包括：

工作波长：355nm、532nm、1064nm、266-20000nm；

入射角：0°、45°、0-15°、0-45°；

表面面型：λ/4@632.8nm、λ/10@632.8nm；

反射率：具有多种不同高反射率大小的激光反射镜，通常反射率＞99%；

损伤阈值：不同激光类型有多种不同高损伤阈值的产品，如，500W/cm2for CW laser、5J/cm2for 10nsec pulses等；

反射镜基底材料：根据应用的波长不同、功率不同、环境不同等因素，可以选择不同的反射镜基底，包括，熔融石英、紫外级熔融石英（UV Fused Silica）、微晶玻璃（Zerodur）、硼硅玻璃（Borofloat® 33）等；

尺寸大小：直径为12.7mm、25.4mm、50.8mm和12.5mm、25mm、50mm等各种尺寸反射镜；

 

选择激光反射镜时，以上基底材料、反射率、面型、损伤阈值、相应工作环境等都是需要考虑的因素。

 

联合光科可以提供激光反射镜标准品如下：详细请点击链接——激光反射镜
 
表2 联合光科可提供激光反射镜标准品及应用领域
 

 

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