Hochleistungsspiegel

LIDT

Die Laserzerstörschwelle ist abhängig von zahlreichen Parametern. Sowohl Schichteigenschaften (z.B. thermische Eigenschaften, Sauberkeiten, Bandlücke) als auch Substrateigenschaften (z.B. Material, Oberflächenqualität) müssen auf die Anwendungsparameter (z.B. Wellenlänge, Pulsdauer, Wiederholraten, Strahldurchmesser, Vakuum vs. Atmosphärenzusammensetzung) abgestimmt werden.

Beim Laserprozess wird die Optik von drei dominierenden Zerstörungsmechanismen beeinflusst:

• cw – ns → thermische Zerstörung durch Absorption innerhalb des Schichtmaterials
• ns – ~20 ps → lokale Erwärmung durch Absorption an Defekten
• ~20 ps – fs und kürzer → Zerstörung durch Ionisationseffekte

Wir produzieren Optiken mit sehr hohen Zerstörschwellen. Bestätigte Zerstörschwellen ausgewählter LAYERTEC-Optiken sind in diesem technischen Bericht zusammengefasst.

Umlenkspiegel

Umlenkspiegel verändern gezielt die Richtung des einfallenden Lichtes. Über die Wahl der Beschichtung ist es möglich, den Reflexionsgrad des Spiegels für einen bestimmten Wellenlängenbereich und einen bestimmten Einfallswinkel einzustellen. Außerdem kann der Spiegel für eine Schwingungsrichtung (Polarisation) und für hohe Zerstörschwellen optimiert werden.

LAYERTEC produziert Umlenkspiegel für fast alle Einfallswinkel und Polarisationsarten, entweder als für eine Wellenlänge optimierter Bragg- oder als Breitbandspiegel. Je nach Anforderung ist beispielsweise eine Anpassung für hohe Laserleistungen und/oder kurze Pulse möglich. Außerdem können die Beschichtungen auf geringste Verluste bei maximaler Reflexion bzw. auf eine definierte Resttransmission berechnet werden.

Resonatorspiegel

Ein Laserresonator ist das Kernstück eines Lasers. In ihm wird der Laserstrahl erzeugt. Er besteht aus einem voll- und einem teilreflektierenden Spiegel. Dazwischen befindet sich das aktive Lasermedium, welches über einen Pumpmechanismus angeregt wird.

Der Endspiegel reflektiert Licht zu fast 100 %. Der Auskoppelspiegel hat einen niedrigeren definierten Reflexionsgrad und entlässt den Laserstrahl aus dem Resonator. Fungiert der Endspiegel gleichzeitig als Einkoppelspiegel, besitzt er zusätzlich eine Antireflexschicht zum Einlassen der Pumpstrahlung.

LAYERTEC produziert Resonatorspiegel für alle Laser im Spektralbereich 130 nm – 7 µm. Je nach Lasertyp werden langjährig erprobte Materialkombinationen und Designstrukturen eingesetzt. Neben dem Onlineshopsortiment werden je nach Kundenwunsch individuelle Spezialspiegel gefertigt.

Mit gesputterten Spiegeln ist z. B. die Leistungsregelung im Resonator polarisationsunabhängig möglich. Dafür wird eine definiert eingestellte Resttransmission genutzt. Häufig müssen spezielle Deckschichten eingesetzt werden, um eine Vakuumtauglichkeit bzw. UV-Stabilität sicherzustellen.

Durch die Kombination extrem gut polierter Substrate mit gesputterten Schichten erreichen wir sehr hohe Reflexionswerte (abhängig von Wellenlänge und Oberflächengüte bis maximal 99,999 %), sodass auch schwache Laserlinien angeregt werden können.

Scannerspiegel

Scannerspiegel werden in der Lasermaterialbearbeitung zur schnellen und flexiblen Bewegung des Laserstrahls über das Werkstück eingesetzt. Auf ihrer Rückseite werden sie meist blattförmig ausgefräst. Durch diese spezielle Bauweise sind sie sehr dünn und leicht um schnelle Richtungsänderungen realisieren zu können.

Scannerspiegel sind ein etablierter Teil des LAYERTEC-Sortiments. Die dafür entwickelten Schichtdesigns bieten sowohl eine hohe Leistungsstabilität als auch die nötige Winkelinvarianz des Reflexionsgrades. Speziell die Kombination eines Metallgrundspiegels mit einer dielektrischen Schicht zur Erhöhung des Reflexionsgrades für den Leistungslaser gestattet eine direkte Bildgebung im Bereich der Bearbeitungszone.

Excimerspiegel

Bei der Anwendung von Lasern im UV-Bereich (Excimer-Laser) sind die Optiken sehr hohen Energien ausgesetzt. Zusätzlich laufen Excimer-Laser im Pulsbetrieb und erzeugen extrem kurze Pulse mit hohen Spitzenintensitäten. Aus diesem Grund müssen Excimer-Optiken hohe Zerstörschwellen aufweisen und langlebig sein. Excimer-Laser sind Gaslaser und werden häufig mit Fluor betrieben. Ist die Optik dem Prozessgas ausgesetzt, müssen auch Substrat und Beschichungen auf Fluor basieren, da sie sich sonst auflösen würden.

LAYERTEC produziert Optiken für alle Excimer-Laser (F₂-Laser 157 nm, ArF-Laser 193 nm, KrF-Laser 248 nm, XeCl-Laser 308 nm, XeF-Laser 351 nm). Resonatorspiegel und Auskoppelspiegel für fluorbasierte Laser bestehen aus CaF₂- oder MgF₂-Substraten mit fluoridischen Beschichtungen und können auch im direkten Kontakt mit dem Lasergas eingesetzt werden. Auskoppelspiegel werden typischerweise mit Reflexionsgraden bis R = 50 % angeboten. Der spezifizierte Reflexionsgrad wird mit einer Genauigkeit von ±3 % erreicht.

Umlenkspiegel für 157 nm und 193 nm basieren ebenfalls auf fluoridischen Schichtsystemen auf CaF₂-Substraten. Dies garantiert eine hohe Zerstörschwelle und eine lange Lebensdauer. Umlenkspiegel für Wellenlängen ab 248 nm bestehen aus UV-tauglichen oxidischen Schichtsystemen auf Quarzglassubstraten. Strahlführungsoptiken können für beliebige Einfallswinkel ausgelegt werden. Umlenkspiegel für 45° Einfallswinkel sind als Standardkomponenten erhältlich.

MIR-Spiegel

MIR-Spiegel sind für Laserstrahlung im mittleren Infrarotbereich (1,5 - 8 µm) geeignet. Diese Strahlung wird besonders gut von Kohlenwasserstoff und Wasser absorbiert. Sie wird vorrangig in medizinischen Anwendungen und der Kunststoffbearbeitung eingesetzt.

Wellenlängen im MIR-Bereich werden zum einen durch direkte Laseranregungen bei Wellenlängen von etwa 2 µm (Ho:YAG-Laser, Tm:YAG-Laser) und 3 µm (Er:YAG-Laser) erzeugt. Zum anderen können sie durch optisch-parametrische Frequenzkonversion (periodisch gepoltes Lithiumniobat) erzeugt werden, für die es keinen direkten Laserübergang gibt. Der Emissionsbereich solch optisch-parametrischer Oszillatoren reicht bis zu Wellenlängen von etwa 8 µm.

LAYERTEC produziert eine Reihe von reflektierenden und transmittierenden optischen Komponenten für den MIR-Bereich. Standardsubstrate wie Fused Silica sowie Standardbeschichtungsmaterialien zeigen in diesem Wellenlängenbereich z.T. eine hohe Absorption. Um breitere Wellenlängerenbereiche abzudecken, werden die Schichtdesigns speziell konfiguriert.