紫外光学 ultraviolet optics

2022-10-21 16:05:06 浏览:184

定义

用于紫外线的光学元件。

紫外光在许多方面与可见光一样表现,因此原则上它可以与可见光或近红外光相同时间的光学元件一起使用:聚焦和成像透镜,镜子,光学窗口,分束器,棱镜,偏振片,波片,光学滤光片等。UV反射镜和透镜也有非球面版本,并提供减反射镀膜。但是,对于UV区域的应用,需要观察某些特殊方面:

带隙能量限制了紫外光材料的透明度。

  • 透明度范围:许多对可见光透明的光学介质在穿透波长低于400nm的紫外光谱区域时会变得强烈吸收。这主要是因为光子能量变得与带隙能量相当;然后,单个光子就足以激发载流子从价带到传导带。因此,紫外光谱区域的透明度只能用具有相对较大带隙的介电介质获得。例如某些晶体光学材料(光学晶体),如CaF2和一些硼酸盐。
  • 即使介质的带隙能量足够大,也可能由于杂质而产生大量的紫外线吸收。
  • 对于非常短的波长(EUV),不再有合适的透明介质,并且仅限于反射光学元件(见下文)。
  • 在大约200nm波长以下,甚至空气也会被吸收,因此需要疏散用于远紫外线的UV系统。

在紫外线下,散射效果非常强烈!需要特别高的表面质量来最大限度地减少它们。

散射:由于波长非常短,即使在非常微小的缺陷(例如光学服务上的划痕或介质内的不均匀性)中,紫外线也会经历强烈的散射。例如,在非常小的(亚波长)粒子下散射与λ−4,对于较短的波长,会变得非常强。因此,需要特别高的光学质量组件,以控制紫外线中潜在的有害过程,如散射和光束失真。紫外线应用的重要材料参数是气泡和夹杂物含量低,折射率均匀性好,寄生双折射小。此外,材料应具有抛光粗糙度非常小的表面的潜力。

损坏和降解问题对于紫外激光设备来说非常普遍:

  • 损坏和退化:特别是对于使用强紫外激光的应用,激光损坏和长期降解(日晒)的风险也很重要:传播损耗上升,并且观察到光散射增加。已知各种介质表现出显着的降解效应 - 例如,在紫外线辐射期间吸收或散射损失随时间增加 - 但有些材料对紫外线相对耐受。(还有耐日晒纤维。材料在紫外线中的光学损伤阈值通常比长波长低得多,因为低阶吸收过程(例如双光子吸收)足以桥接带隙。损坏和降解现象很大程度上取决于材料中的某些杂质和光学表面处理的细节。
  • 还要注意的是,任何光学表面都可能降解,例如,如果润滑油中的蒸汽进入强烈的紫外线束,其中某些物质被化学分解,从而可以在附近的材料上形成吸收涂层。
  • 色散效应:在紫外光谱区域中,许多介质表现出比可见光或红外区域强得多的色散。例如,在使用透镜聚焦宽带紫外线时,必须观察到这一点。因此,使用消色差光学元件尤为重要。

紫外线透明介质示例

紫外线光学元件通常由高度纯化的氟化钙(CaF2),它具有非常低的紫外线吸收,高均匀性,低双折射,相对较高的硬度(与其他氟化物材料相比),高物理稳定性和高光学损伤阈值。它可以在低至160nm≈使用,因此适合使用,例如,与氟化氩(ArF)准分子激光器一起使用。然而,它是脆的,天然的各向异性和吸湿性。对于其他纯化的氟化物,如氟化镁(MgF2) 和氟化锂;后者可以低至110 nm。除了良好的紫外线透明度外,这种氟化物还具有良好的红外特性,波长可达5μm及以上。

作为替代方案,紫外级熔融石英甚至可用于波长低至≈180 nm,而其他等级的熔融石英具有已经低于260 nm的显着衰减。

类似的限制也适用于为制造介电镀膜而选择的材料,例如以减反射镀膜的形式。一种常用的增透膜材料是氟化镁(MgF2)通常,制造商提供紫外线减反射涂层,而不会透露它们是由什么材料制成的。

另一种可能的材料选择是人造金刚石,其透明度低至230 nm,非常坚固,但价格昂贵。

对于非线性变频,人们经常使用硼酸盐晶体,如LBO和BBO,它们表现出相对良好的紫外线透明度和高电阻。

一些光纤可以在近紫外光谱区域使用,尽管传播损耗相对较高。对于较短的波长和/或高光功率,紫外线的光纤传输通常不可行。

常见紫外线波长

在激光技术中,一些紫外线波长特别常见:

  • 355 nm 通过 Nd:YAG 激光器的频率三倍获得
  • 266 nm 通过 Nd:YAG 激光器的频率成倍增获得
  • 193 nm和其他一些波长是由某些类型的准分子激光器制成的。

因此,某些光学元件(如透镜和反射镜)是专门为此类波长开发的,然后可以作为准分子光学元件出售。

EUV 光学:基本上仅限于反射光学元件

在EUV区域,基本上所有的固体材料都相对强烈地吸收,甚至空气在200nm以下会导致强烈的衰减,因此例如真空UV或EUV光低于100nm的光刻必须在真空中进行。布拉格反射镜仍然可以用于EUV区域,例如钼/硅(Mo / Si)结构,例如,允许在12nm波长处达到≈70%的反射率。由于这种有限的反射率,EUV光学元件必须设计成尽可能少的反射表面。

基础光学

作          者: 泮桥成像光电商城

出          处: https://www.ipanqiao.com/entry/2010

版          权:本文版权归泮桥成像光电商城所有

免责声明:本文中使用的部分文字内容与图片来自于网络,如有侵权,请联系作者进行删除。

转          载:欢迎转载,但必须保留上述声明;必须在文章中给出原文链接;否则必究法律责任。

Copyright © 2019-2022 南京超维景生物科技有限公司 版权所有 www.ipanqiao.com苏ICP备20009590号-1
联系我们
立即做合同
微信客服
电话咨询

400-998-9826

17302548620

快速留言

泮桥成像光电商城专业人员会在24小时之内联系您

关闭 提交