常用激光光学材料

2022-10-25 14:59:58 浏览:198

 

激光技术自1960年诞生并快速发展,激光应用的领域越来越广泛。在激光发生和激光传输应用过程中,需要对光的指向、频率带宽、偏振相位、能量强度和分布等参数,按照设计或使用的要求进行调整。这些激光参数的调整通常是利用光在不同介质中的透射、折射、反射、干涉和衍射原理,或者利用某些光学材料的独特性能(如双折射、磁光、压电等效应),采用不同的光学材料和制备工艺,所获得的种类繁多的激光光学元件来加以实现。

激光光学元件包含激光透镜、激光反射镜、激光窗口片、激光棱镜、激光偏振元件、激光分光元件等,它们在光路中起到会聚/发散光线、反射光线、光束切割/分割等作用。下面的表 1 列出了用于激光光学元件的常用基片以及它们的关键特性,还有每种材料的透射率曲线。表1中的所有数值均为 1064nm 和 20° C 时的测量值,所有透射率曲线均显示 5mm 厚的基片在无菲涅耳反射的情况下进行的内部透射率。透射率数据使用光谱仪采集。

Material 透射率范围 (nm) 折射率 (n) 色散系数 (v) 群速度色散 (fs2/mm) dn/dT (10-6/K) 热膨胀系数 (10-6/K) 相对价格
CaF2 200nm - 7μm 1.429 95.1 17.280 -10.6 8.85 $$$
UV 级熔融石英 (Corning HPFS®7980) 185nm - 2.1µm 1.450 67.8 16.476 9.6 0.55 $$
KrF 级熔融石英 (Corning HPFS®7980) 185nm - 2.1µm, T ≥ 99.9% @ 248nm 1.450 67.8 16.476 9.6 0.55 $$$
IR 级熔融石英 (Corning HPFS®7979) 300nm - 3.5µm 1.451 67.8 16.476 9.7 0.55 $$($)
N-BK7 350 - 2000nm 1.507 64.2 22.369 3.0 7.1 $
N-SF5 330 - 2500nm 1.651 32.3 77.779 3.4 7.9 $
蓝宝石* 200 - 5500nm 1.755 72.2 28.588 13.1 5.4 $$$
N-SF11 400 - 2500nm 1.754 25.8 118.44 2.4 8.5 $

*蓝宝石是一种双折射材料,所有规格均与 C 轴平行

 

图 1: CaF2 在 UV 和 IR 光谱中具有优异的透射性能,是 UV 和 IR 激 光光学应用的理想选择

 

图 2: 蓝宝石高度耐用,可以在从 UV 到 IR 的广泛波长范围内使用

 

图 3: 熔融石英可用于 UV 和 IR 级别,通过材料中 OH 含量的多少来区分

 

图 4: 尽管熔融石英在激光光学中较为常见,但 CaF2、蓝宝石、N-BK7、N-SF5 和 N-SF11 在一些透射激光光学元件中也有应用

 

图 5: N-BK7、N-SF5、N-SF11 在 IR 光谱中的透射率迅速下降

参考文献

[1] H. Malitson. “A redetermination of some optical properties of calcium fluoride,” Appl. Opt. 2, 1103-1107 (1963)
[2] “Corning HPFS® 7979, 7980, 8655 Fused Silica.” Corning, February 2014.
[3] “Optical Glass Data Sheets.” Schott, February 2014.
[4] I. H. Malitson. “Refraction and dispersion of synthetic sapphire,” J. Opt. Soc. Am. 52, 1377-1379 (1962)
[5] Collier, David, and Rod Schuster. “Superpolishing Deep-UV Optics.” Photonics Spectra, February 2005.

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