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2008-04-16 18:16:36| 人氣1,618| 回應0 | 上一篇 | 下一篇

如何為工業CO2雷射選擇合適的鏡片(中) 雷射雕刻機 雷射打標機 YA

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反射鏡片鍍膜
無論使用何種基底材料,在紅外區域,尤其在10.6μm,所有標準反射鏡片的鍍膜都具有某種共性。在討論紅外反射鏡片特定的鍍膜之前,首先來看一下最簡單的反射鏡片──拋光未鍍膜的金屬基底。

最普遍的未鍍膜金屬反射鏡片的基底是銅,接下來是鉬。使用未鍍膜的金屬作為反射鏡片有幾點好處︰低成本、無需擔心膜層因時間過長而性能下降以及從不同廠家供貨所帶來的不一致性問題。未鍍膜金屬的反射率理論上是由波長決定的,並且只要在使用過程中基底未受污染,反射率不發生變化。

使用未鍍膜的金屬作為反射鏡片的主要缺陷是反射率比多層介電膜層要低。比如,未鍍膜的銅在10.6μm波長大約有98.8%的反射率。典型的反射鏡片介電膜層的反射率是99.6%或者更高。較低的反射率和較高的吸收使未鍍膜的金屬反射鏡引起鏡片和雷射光束的熱變形。由於高反射率和低熱變形在雷射系統中至關重要,所以近年來未鍍膜的銅和鉬不常使用。未鍍膜的銅的另外一個缺陷就是它的柔軟性︰未鍍膜的銅不擦拭是不能有效清洗的。同樣,時間過長裸銅會發生化學回應,在其表面形成氧化物和其他化合物,從而降低性能。

其他在紅外區域廣泛用作反射鏡片的未鍍膜的金屬還有金和銀。用固體的金或銀作為反射鏡片是不切實際的(更何況他們本身極其昂貴)。相反,這種稀有金屬通常用作其他基底的真空鍍膜或電鍍膜。他們固有的反射率高於銅或鉬︰在10.6μm波長處,典型地,金的反射率是99.0%,銀的反射率是99.2%。然而,他們具有相同的弱點,比如和其它金屬相比,它們更具柔軟性。銀的化學活性會導致表面化合物的生成,比如硫化物和氯化物。這些化合物會導致反射鏡片性能下降,從而引起銀膜層從基底脫落。

用戶需要更高性能的、易於清潔的、或者和未鍍膜的反射境片相比具有更低化學活性的鏡片,那麼他們必須指定一種多層的介電膜層反射鏡片。金屬反射鏡片介電膜層始於一層鉻合金蒸發層,其作為下一層膜層的粘合劑。鉻合金還可以防止後面的膜層擴散到基底。接下來,金或者銀就被鍍在鉻合金上。在這一點上,鍍膜的基底僅僅是一個金屬反射鏡而已。現下金屬薄膜由一些有著高低不同系數的介電材料的交互層所覆蓋。這些介電層在性能方面較未鍍膜的金屬有著更多的優點。具有合適濃度的膜層可以加強未鍍膜金屬的反射率,並使鏡片更具抗劃傷性。

在基底金屬上鍍介電膜層在數量和濃度上變化很大;每種鍍膜在10.6μm處有著特定的反射率。表2顯示一些常用的反射鏡片鍍膜在10.6μm處的反射率。

當前,最普遍的反射鏡基底是矽,其次是銅。總體上,反射鏡片膜層的反射率與介電膜層的數量有著直接關係。因此,一種反射率達99.8的SSES(最高反射率的銀鍍膜層)反射鏡要比反射率為99.6%的ES(增強銀)擁有更多的介電層。反射鏡的成本同樣與介電層數量有著直接關係。這意味著高反射率的反射鏡片成本更高。在眾多原素中,反射鏡片成本很大程度上取決於定購數量、規格尺寸、基底材料及面型曲率。

選擇內槍雷射反射鏡片
雷射槍內反射鏡片的主要目的是在槍內形成光反射,以形成受激發射。在一些雷射中,把內槍折反鏡安置在雷射束以入射角為45度的位置可使光束偏振。在這兩種情況中,對使用者來說非常關鍵的是,選擇一種反射鏡片以確保雷射在其最合適的能級產生能量,並達到預期的偏振。

在高功率CO2雷射中,普遍採用橫向雷射槍設計,使用轉鏡在活躍的雷射介質中多次反射光束。尾鏡組合由一個45度入射角的折反鏡和一個正常入射角的反射鏡片組成,通常可以圍繞入射光軸旋轉。

因為尾鏡位於雷射束的正常入射位置,這種反射鏡片可以達到最大的反射率,並透過兩種模式改善了雷射性能︰減少了槍內光損耗和熱變形。透過增大反射率來減少光損耗是顯而易見的,但減少熱變形就不那麼明顯了。沒有被反射鏡反射的那部分雷射被膜層吸收了。較高反射率和較低吸收就意味著鏡片和雷射束較少的熱變形。儘管裸銅鏡有時也會在雷射槍內使用,但大多數雷射製造商選擇鍍增強型的介電膜鏡片,如ES(增強銀)和SES(超增強銀)膜。
除了控制雷射束的方向,45度折反鏡還可以設定雷射束的偏振。大多數折反鏡能夠設定偏振是因為他們反射S偏振比P偏振更有效。如表2所示,增強銀膜可以反射99.8%的S偏振(垂直的)光,只能反射99.4%的P偏振(平行的)光。P偏振光額外的0.4%的損耗通常足以使雷射以平面偏振方向垂直於鏡片反射平面的方向入射。

有時,鍍標準介電膜層折反鏡不會設定雷射槍的偏振。圖中的轉鏡列舉了這種類型的折反鏡。他們不會影響到偏振,是因為他們被置於接近正常入射的位置。在入射角很小的情況下,S偏振光和P偏振光的反射率幾乎沒什麼差別。

如果使用標準反射鏡片不產生平面偏振光,那麼在非金屬(如鍺)基底鍍特殊的介電膜層是可行的。具有這種特殊鍍膜的非金屬反射鏡的S光反射率為99.5%,P光反射率則少於90%。在上例中,P偏振光的額外損耗足以設定雷射束的偏振。

另一種特殊的雷射槍反射鏡是透射式尾鏡。一些雷射槍設計需要大約0.5%的透射透過尾鏡到達功率計來監測內槍雷射功率。這種反射鏡通常用鍺、硒化鋅或者砷化鎵作為基底。

台長: 錡鋒國際有限公司
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