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Les miroirs à cellules Herriott de Thorlabs, un type courant de miroir concave avec trou, présentent des diamètres extérieurs (OD) de 1' ou 2' avec des trous centrés ou hors axe (diamètres de 3 mm à 4 mm) et des revêtements dorés améliorés dans l'infrarouge moyen (IR moyen). Ces revêtements offrent une réflectance moyenne > 98 % de 2 à 20 µm, une plage de longueurs d'onde critique pour la spectroscopie des gaz (par exemple, détection du CO₂, du méthane) et des lasers infrarouge moyen de haute puissance. La surface concave du miroir présente un rayon de courbure (ROC) précis, généralement compris entre 1 et 5 m pour les cellules Herriott, garantissant que les faisceaux se reflètent plusieurs fois dans la cavité tout en conservant l'alignement.
Réflectivité optimisée dans l'IR moyen : les revêtements d'or améliorés (avec une couche d'adhésion de chrome de 5 nm et une couche d'or de 100 nm) offrent une réflectance absolue > 95 % sur 2 à 20 µm, soit nettement plus élevée que les revêtements d'or standard (qui chutent à 90 % à 20 µm). Les revêtements sont déposés par évaporation thermique dans un environnement sous vide poussé (<10⁻⁶ Torr) pour garantir l'uniformité et minimiser l'absorption (absorption <2 % à 10,6 µm), critique pour les systèmes multi-passes où chaque réflexion contribue à la perte de signal.
Placement et usinage de trous de précision : disponible avec deux configurations de trous : trous centrés (ø3 mm pour les miroirs de 1', ø4 mm pour les miroirs de 2') pour une simple injection de faisceau, et trous hors axe (décalés de 5 à 10 mm par rapport au centre) pour maximiser la longueur du trajet dans les cellules Herriott. Les trous sont percés par usinage au laser (pour les substrats en verre) ou par perçage par ultrasons (pour les substrats métalliques), ce qui donne des bords nets (bavure <5 µm) et une circularité par rapport à la surface du miroir (déviation <0,1°) — empêchant la déviation du faisceau au niveau du trou.
Stabilité thermique pour les applications haute puissance : construit avec des substrats de silice fondue aux UV, qui ont un faible coefficient de dilatation thermique (0,55 × 10⁻⁶ /°C) et une conductivité thermique élevée (1,4 W/m·K). Cette stabilité minimise les changements de rayon de courbure (variation ROC <0,1 % entre -40 °C et +80 °C), garantissant une focalisation constante du faisceau même dans les systèmes haute puissance (par exemple, lasers CO₂ 100 W). Pour les températures extrêmes, des substrats saphir (dilatation thermique 5,0 × 10⁻⁶ /°C) sont disponibles.
Revêtement de protection pour une durabilité environnementale : Le revêtement d'or est recouvert d'un revêtement de protection SiO₂ de 10 nm, qui améliore la résistance à l'humidité (95 % d'humidité relative pendant 1000 heures sans ternissement) et à l'abrasion mécanique (dureté Mohs augmentée de 2,5 à 5). Cette couche de finition réduit également la diffusion à la surface du revêtement (perte de diffusion <0,5 % à 10,6 µm), améliorant ainsi le rapport signal/bruit en spectroscopie.
Grande ouverture claire et tolérances ROC : les modèles de 1' de diamètre ont une ouverture claire de >ø22 mm (88 % du diamètre extérieur), garantissant que les faisceaux utilisent la majeure partie de la surface réfléchissante. Le rayon de courbure (ROC) est usiné avec une tolérance de ±0,5 % (par exemple, 1 m ROC ±5 mm), ce qui est essentiel pour les cellules Herriott. De petites variations ROC peuvent réduire le nombre de réflexions (et donc la longueur du trajet) de 10 à 20 %. la surface concave est <λ/4 à 633 nm, minimisant ainsi la distorsion du front d'onde.
Cellules Herriott et détection de gaz : permettent de longs trajets optiques (jusqu'à 100 m) dans des cavités compactes (volume <1 L) pour la spectroscopie de gaz. Dans le cadre de la surveillance environnementale, les cellules Herriott dotées de miroirs concaves percés détectent les traces de gaz (par exemple, le méthane à des concentrations aussi faibles que 1 ppm) en mesurant l'absorption de la lumière infrarouge moyenne. Le trou permet au faisceau laser d'entrer dans la cellule, de se refléter 50 à 100 fois sur les miroirs concaves et de sortir pour être détecté.
Cavités et résonateurs laser : facilitent l'injection et l'extraction de faisceaux dans des résonateurs laser de haute finesse (par exemple, les lasers à solide pompés par diode, DPSSL). Dans une cavité DPSSL, le trou du miroir permet au faisceau de pompe d'entrer dans le milieu de gain (par exemple, un cristal Nd:YAG) tandis que la surface concave réfléchit le faisceau laser (1 064 nm) pour former le résonateur. Cette conception élimine le besoin de séparateurs de faisceaux séparés, réduisant ainsi les pertes dans la cavité.
Spectroscopie Raman : améliorez la collecte de signaux dans les systèmes de spectroscopie Raman, qui détectent les vibrations moléculaires en mesurant la lumière diffusée. Le miroir concave avec trou focalise le laser d'excitation (par exemple, 532 nm) sur l'échantillon via le trou, puis collecte et réfléchit la lumière diffusée Raman (longueurs d'onde décalées) vers un détecteur. Cette configuration augmente l'intensité du signal de 50 à 100 % par rapport aux miroirs plats.
Tests de télécommunications et lignes à retard optiques : créez des lignes à retard optiques contrôlées pour tester les composants de fibre optique (par exemple, modulateurs, amplificateurs). En ajustant la distance entre deux miroirs concaves avec trou, la longueur du trajet du faisceau (et donc le retard) peut être réglée de 10 cm à 10 m, ce qui est essentiel pour tester la propagation du signal dans les réseaux de télécommunications longue distance (par exemple, les systèmes à 10 Gbit/s).
Traitement des matériaux avec des lasers haute puissance : focalisez et redirigez les faisceaux laser haute puissance dans les applications de perçage, de soudage et de marquage. Par exemple, lors du perçage laser de composants aérospatiaux (par exemple, des pales de turbine), la surface concave du miroir focalise le faisceau (par exemple, un laser à fibre de 1 kW) vers un point de 50 µm, tandis que le trou permet aux liquides de refroidissement de s'écouler, évitant ainsi les dommages thermiques au miroir.
Les trous hors axe permettent des longueurs de trajet beaucoup plus longues en utilisant davantage la surface réfléchissante du miroir. Dans une cellule Herriott avec des trous centraux, les faisceaux se réfléchissent selon un motif linéaire (va-et-vient entre les miroirs), limitant le nombre de réflexions (généralement 20 à 30). Avec des trous hors axe, les faisceaux suivent un chemin elliptique, réfléchissant 50 à 100 fois, doublant ou triplant la longueur du trajet (par exemple, 50 m contre 20 m pour une cellule de 1 L). Cette longueur de trajet plus longue améliore la sensibilité de la détection de gaz (limites de détection inférieures de 2 à 3 fois) mais nécessite un alignement plus précis (tolérance angulaire de ±0,01°) .
L'arrière du trou (opposé à la surface réfléchissante) présente des chanfreins à 60° d'un diamètre de 6,5 à 8,0 mm. Les chanfreins ont deux objectifs principaux : premièrement, ils empêchent la diffusion du faisceau à partir des bords tranchants des trous (ce qui introduirait du bruit en spectroscopie), et deuxièmement, ils guident le faisceau vers/hors du miroir sans optique supplémentaire (par exemple, des collimateurs). La surface du chanfrein est polie avec une qualité de grattage de 60 à 40, réduisant ainsi la perte de diffusion à <0,1 %. Sans chanfreins, les arêtes vives peuvent provoquer jusqu'à 5 % de perte de faisceau et déformer le profil du faisceau .
Avec un refroidissement approprié, ces miroirs gèrent des densités de puissance CW allant jusqu'à 50 W/cm⊃2 ; dans la plage de 2 à 20 µm (par exemple, laser CO₂ de 500 W avec un faisceau de 3,5 mm de diamètre). Le refroidissement est essentiel car les revêtements d'or absorbent environ 2 % de la lumière incidente, ce qui génère de la chaleur. Pour les systèmes basse consommation (<10 W), un refroidissement passif (dissipateur thermique en aluminium avec graisse thermique) est suffisant. Pour les systèmes haute puissance, le refroidissement actif (dissipateur thermique refroidi par eau avec un débit de 1 L/min) maintient la température du miroir <50°C, empêchant ainsi la dégradation du revêtement (l'or ternit à >150°C) et les modifications du ROC.
Oui, les fabricants proposent une personnalisation étendue pour répondre aux exigences spécifiques du système. Les tailles de trous personnalisées vont de 0,5 mm à 10 mm (tolérance de ±0,1 mm), avec des formes circulaires, carrées ou rectangulaires (pour les formes de poutres spécialisées). Les positions des trous peuvent être décalées de 0 à 15 mm par rapport au centre (tolérance de ±0,05 mm). Les valeurs ROC personnalisées vont de 0,5 m à 10 m (tolérance de ±0,5 %). Les délais de livraison pour les miroirs personnalisés sont généralement de 2 à 4 semaines pour les petites quantités (1 à 10 unités) et de 4 à 6 semaines pour les grandes quantités (> 10 unités). Le prototypage (1-2 unités) peut être réalisé en 1 semaine pour les projets urgents.
