Конструирование оптических резонаторов, страница 4

В последнее время в качестве материалов для отражающих слоев получили распространение такие тугоплавкие окислы, как двуокись титана   TiO₂ ( n_в   = 2,4), двуокись циркония ZrO₂   (  n_в   = 1,97)  , двуокись гафния HfO₂ (   n_в   = 1,98), их смеси, а также двуокись кремния SiO₂ (  n_н   = 1,467), используемая как материал с низким показателем преломления. Покрытия из этих материалов позволяют производить химическую и механическую очистку поверхности, обладают малыми предельными потерями на поглощение (0,05%) и рассеяние (0,05%). Однако в силу меньшей разности (n_в - n_н) для достижения тех же коэффициентов отражения требуется большее число слоев: 15...19 для выходного и 25...27 для "глухого" зеркала,

Окисные покрытия имеют остаточное пропускание "глухого" зеркала порядка 0,1% при . Спектральная область максимального отражения примерно в два раза уже, чем у покрытий из сульфида цинка и фторида магния. Имеет место низкая стабильность спектральных характеристик вследствие пористости окисных покрытий. Из-за несогласованности КТР слоев и подложек при термообработке возможно растрескивание покрытий. Предельная температура обработки покрытий на кварце составляет 570-620 К, на стеклянной подложке 520-570 К. Ввиду чрезвычайной тугоплавкости двуокиси титана, использование ее пока ограничено [1] .

Для напыления отражающих и просветляющих покрытий в лазерах среднего ИК-диапазона, в частности, в СO₂-лазерах, кроме   ZnS и MgF₂, могут   использоваться селенид цинка ZnSe (n_в   = 2,5), фторид тория   ThF₄ (n_н   = 1,5),   фтористый барий BaF₂ (n_н   = 1,4). Прочность покрытий из этих материалов и их влагостойкость невелики. Слой  ThF₄, например, легко смывается водой. Поскольку оптимальные коэффициенты пропускания выходных зеркал СО₂-лазеров сравнительно высоки, для их реализации достаточно использовать небольшое число слоев отражающего покрытия. Ввиду относительно большой мощности излучения СО₂-лазеров критичным параметром материалов покрытий является стойкость к излучению -радиационная стойкость. С этой точки зрения для выходных зеркал СО₂-лазеров более пригодны слои из ZnSe и BaF₂, а для “глухих” зеркал - медное покрытие[1,14] .

Отражающее покрытие "глухого" зеркала Не-N лазера при генерации излучения с длиной волны 3,39 мкм выполняется обычно из алюминия.

         Материалы, используемые для изготовления подложек зеркал и выходных окон, должны проходить строгий входной контроль. Не допускается наличие пузырьков, свилей, неоднородностей, царапин, отклонение показателя преломления от нормы, а в оптических стеклах и натяжений. После грубой первичной обработки поверхности подложек и окон шлифуются, затем полируются с применением специальных паст до размеров шероховатостей не более сотых долей рабочей длины волны лазера. Такую же величину имеет и допустимое отклонение рабочих поверхностей подложек от идеальной плоскости или идеальной сферы. Стеклянные, кварцевые, германиевые пластины и пластины из арсенида галлия полируются с применением мелкодисперсной окиси хрома. Пластины из хлористого натрия или калия полиру­ются в насыщенных водном или спиртовом растворах этих солей также с использованием окиси хрома.

После получения необходимой формы и качества поверхности подложки и окна подвергаются промывке и обезжириванию в органических растворителях. Далее для кварцевых Ge и GaAs    - пластин может проводиться химическое протравливание в концентрированной азотной кислоте или смеси соляной и азотной кислот в течение 8-10 мин. Для оптических стекол эта операция исключается ввиду возможного химического разрушения их поверхности. Далее следуют промывки в проточной, дистиллированной воде и спирте. Взамен химического протравливания в последнее время получила распространение ультразвуковая промывка в органических растворителях и воде с последующей сушкой в парах горячего фреона. Операция очистки завершается промежуточным контролем подложек и окон. Качество поверхности контролируется под микроскопом, отбраковываются окна Брюстера с высоким уровнем потерь, который, например, для стекол и кварца не должен превышать 0,1%.