Как выбрать металлическое покрытие оптического зеркала?

Edmund Optics производит широкий ассортимент прецизионных параболических, сферических и плоских зеркал с различными материалами подложек. Эти продукты предлагаются с различными металлическими и диэлектрическими покрытиями в соответствии с Вашими требованиями. Металлические зеркальные покрытия оптимизированы для различных областей спектра. Edmund Optics предлагает серию металлических покрытий для длин волн от 120 нм до более чем 10 мкм. Стандартные металлические зеркальные покрытия Edmund Optics включают защищенный алюминий, усиленный алюминий, УФ-усиленный алюминий, глубокий УФ-усиленный алюминий, незащищенное золото, защищенное золото и защищенное серебро. Защищенный и усиленный алюминий обычно используются для видимого диапазона. УФ и глубокий УФ-усиленный алюминий может использоваться для УФ и видимой областей спектра. Незащищенное или защищенное золото обеспечивает высокую отражательную способность для ближних инфракрасных и инфракрасных длин волн. Защищенное серебро обеспечивает самую высокую отражательную способность в диапазоне 500-800 нм, а также хорошо работает в ближнем инфракрасном и инфракрасном диапазонах.

Первая и вторая поверхности зеркал

На первую поверхность зеркал нанесено покрытие с высоким коэффициентом отражения (Рис. 1), подложки зеркал бывают стеклянные, металлические и полупроводниковые. Такие зеркала рекомендуется использовать в прецизионной оптике. 

Рис. 1: Отражение от первой поверхностности зеркала

Зеркала со второй рабочей поверхностью (Рис. 2) могут быть изготовлены с использованием аналогичной технологии нанесения покрытия, но падающий свет сначала проходит через прозрачный материал подложки, прежде чем он отражается покрытием. Такая геометрия помогает защитить слой покрытия от царапин и окисления, но приводит к нескольким другим важным проблемам, которые делают этот тип зеркал непригодным для большинства применений прецизионной оптики:

1. Свет, падающий на вторую поверхность, подвергается хроматической дисперсии из-за подложки.

2. Отражение внутри подложки приводит к дублированию изображения (пунктирная линия). Второе нежелательное отражение происходит, когда свет выходит из подложки, уменьшая чистое отражение зеркала. Дополнительное дублирование можно увидеть из-за отражения света между покрытыми и не покрытыми поверхностями подложки.

Рис. 2: Отражение от второй поверхности зеркала, приводит к дублированию и преломлению внутри подложки

Усиленное и защищенное металлические покрытия

Металлические покрытия, как правило, требуют защитное покрытие и дополнительный уход во время обработки и чистки. Поверхность без защитного покрытия можно очищать только чистым сухим воздухом. Диэлектрическое покрытие на металлическом зеркале увеличивает удобство использования, долговечность металлического покрытия и обеспечивает защиту от окисления при незначительном влиянии на эксплуатационные характеристики металлического покрытия. Диэлектрический слой (слои) также могут повышать отражательную способность металлического покрытия для определенного диапазона. Металлические зеркала с защитным покрытием можно очищать изопропиловым спиртом или ацетоном. На рисунке 3 Вы можете подобрать необходимое покрытие в зависимости от рабочего диапазона, а краткое описание ключевых параметров приведено в Таблице 1.

Рис. 3: Графики отражения металлических покрытий

Защищенный алюминий

Стандартный защищенный алюминий - самое популярное зеркальное покрытие для применения в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне. Покрытие толщиной λ/2 из монооксида кремния (SiO) обычно используется для защиты тонкого алюминия, обеспечивая износостойкую поверхность при сохранении эксплуатационных характеристик алюминиевого зеркала.

Усиленный алюминий

В усиленном алюминиевом покрытии многослойная пленка диэлектриков поверх алюминия используется для увеличения коэффициента отражения в видимой (400-650 нм) или ультрафиолетовой (120-400 нм) областях, в то же время улучшая эксплуатационные характеристики.

Защищенное серебро

Серебро обладает высокой отражательной способностью в видимой и инфракрасной областях спектра, что делает его отличным выбором для широкополосных приложений, охватывающих несколько областей спектра. Защитное покрытие уменьшает склонность серебра к потускнению, но оно по-прежнему лучше всего работает в условиях низкой влажности.

Незащищенное и защищенное золото

Золотые покрытия эффективны для применений, требующих высокой отражательной способности в ближнем инфракрасном и инфракрасном диапазонах. Поскольку прочное покрытие необходимо во многих областях применения Edmund Optics предлагает защищенное золотое покрытие. Оно имеет отражение 96% в диапазоне от 750 до 1500 нм более высокую прочность.

Параметры металлических покрытий для зеркал

Рис. 4: Стандартные кривые отражения для металлического зеркала

Изготовление зеркального покрытия на заказ

Edmund Optics - ведущий разработчик и производитель лазерных покрытий для зеркал, светоделителей, окон и других оптических компонентов. Edmund Optics сотрудничает с рядом испытательных лабораторий для независимой квалификации и сертификации своих покрытий на устойчивость к лазерным повреждениям. Все указанные пороговые значения повреждений были получены путем многократного тестирования покрытий для обеспечения точного результата. Указанные значения преуменьшены для безопасности, зеркала способны выдержать в 2-3 раза больше указанного порога.

У Edmund Optics есть возможность проектировать и производить покрытия для одной или нескольких лазерных линий, а также для широкополосных перестраиваемых лазерных источников. Покрытия также доступны для частичных отражателей, выходных зеркала лазера и эталонов, а также для любого угла падения или поляризации. Подложки имеют точность поверхности до < λ/20, качество поверхности до 10-5, параллельность до <0,5 угловых секунд и шероховатостью поверхности до <5 Ангстрем для всех стеклянных и большинства кристаллических подложек. Edmund Optics может наносить покрытие на поставляемые заказчиком подложки для опытных образцов.

Для высокомощных применений дизайнеры выбирают материалы покрытий с низким поглощением на соответствующих длинах волн, однако выбор для высокомощных применений ограничен.

Покрытия для использования с мощными ультрафиолетовыми лазерами изготавливаются из материалов, отличных от материалов для использования в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Основная структура высокоотражающих покрытий, как правило, представляет собой повторяющийся набор слоев толщиной λ/4 с высоким и низким показателями преломления. Конструкция покрытия может значительно изменить порог повреждения. Простое добавление слоя материала с низким показателем преломления толщиной λ/2 (например, диоксида кремния) в качестве конечного слоя может привести к значительно более высоким порогам повреждения. Диоксид кремния (SiO2) является общепринятым выбором для слоев с низким показателем преломления, а диэлектрические оксиды металлов в целом являются предпочтительными материалами для применения в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном диапазонах для лазерных применений. Выбор материала для слоев с высоким показателем преломления не так прост: оксиды титана, тантала, циркония, гафния, скандия и ниобия - все это популярные материалы с высоким показателем преломления.

Отражатели BBHR (с высоким коэффициентом отражения) и NBHR (Режекторный фильтр)

• Широкополосный, видимый диапазон: Ravg >98%, 425-675 нм, угол падения: 0-45°
• Режекторный фильтр: R >90% на центральной длине волны (CWL), FWHM < 0,12 (ширина полосы на полувысоте на центральной длине волны), Tср >90% для длин волн всей рабочей полосы
• Изготовленные на заказ покрытия доступны для длин волн от 300 до 1800 нм (BBHR) и 350 до 850 нм (Notch)

Рисунок 5: Широкополосные и узкополосные рефлекторы с высоким коэффициентом отражения

Рефлекторы для одной и для двух линий лазера

• Максимальная отражательная способность при одной или двух выбранных клиентом длинах волн от 190 до 3000 нм (одна линия) или 350 до 1700 нм (две линии)
• Одна линия: R >99,5%, на рабочей длине волны
• Две линии: R >98,5%, на обеих рабочих длинах волн

Рисунок 6: Рефлектор с двумя линиями лазера

Светоделитель для линии лазера

• Частичное отражение от 5% до 95% в соответствии с требованиями заказчика
• Спецификация коэффициента отражения: R% = ±2%; Стандартный: R% = ±1%
• 45°, для не поляризующего разделения оптического луча
• Рабочие длины волн от 250 до 3000 нм

Рис. 7: Покрытия для светоделителей для линии лазера