מפצל קרני לייזר מקטב

סקירת מוצר

שלא כמו מפצלי אלומות לא מקטבים (המפצלים אור לפי עוצמה), PBS מקטב ממנף את גיאומטריית הזווית של ברוסטר (כאשר זווית הפגיעה שווה לזווית ברוסטר, θB) כדי להשיג אבחנה יוצאת דופן של קיטוב: ב-θB, אור מקוטב P מועבר עם השתקפות קוטבית מינימלית, בעוד שאור קוטבי חזק מוחזר. לדוגמה, ב-1064 ננומטר (אורך גל לייזר נפוץ), מכשירים אלה בדרך כלל משדרים אור מקוטב P (שידור של מעל 95%) תוך החזרת אור מקוטב S (השתקפות מעל 99%) . העיצובים העדכניים ביותר משלבים ציפויים מתקדמים של סרט דק (למשל, ציפוי ערימה דיאלקטרי) שהופקדו באמצעות קיזור קרן יונים - תהליך המבטיח אחידות ציפוי (<1% שונות בעובי) וממקסם את עמידות הלייזר לנזק, מה שהופך אותם למתאימים ללייזרים CW ופולסים בעוצמה גבוהה.

תכונות המוצר

יחס הכחדה גבוה של קיטוב : משיג יחס הכחדה של>1000:1 (היחס בין הקיטוב הרצוי לקיטוב לא רצוי) באורך הגל המתוכנן (תקן 1064 ננומטר). המשמעות היא שלכל 1000 יחידות של אור מקוטב P משודרת פחות מיחידה אחת של אור מקוטב S - קריטי עבור יישומים כמו הצפנה קוונטית, שבהם טוהר הקיטוב מבטיח שידור נתונים מאובטח.

עמידות מעולה בפני נזקי לייזר : נבדק לעמוד בעוצמות לייזר קיצוניות, כאשר דגמים מצופים דיאלקטרי מטפלים ב-2 J/cm² ב-355 ננומטר (פולסים של 10 ננומטר, קצב חזרות של 20 הרץ) ו -100 W/cm² כוח CW ב-1064 ננומטר. עמידות זו מושגת באמצעות חומרי ציפוי בטוהר גבוה (למשל, SiO₂, TiO₂) וניקוי מצע (ניקוי אולטרא-קולי בתמיסות אלקליות להסרת מזהמים) לפני השקיעה.

ביצועי פס רחב : אסטרטגיות עיצוב מעבר גל ארוך (LWP) מאפשרות פעולה על פני טווחי אורכי גל מורחבים מעבר ליעד התכנון העיקרי. לדוגמה, PBS המיועד ל-1064 ננומטר יכול לפעול ביעילות גם ב-980 ננומטר (NIR) ו-1310 ננומטר (אורך גל טלקום) עם הפחתה של 5-10% בלבד ביחס ההכחדה. ציפוי AR בפס רחב על משטחי קלט/פלט מרחיבים עוד יותר את השימושיות על פני 400-1700 ננומטר.

ייצור זווית מדויקת : מיוצר עם זווית נפילה של 56.4° (זווית Brewster עבור זכוכית N-BK7 ב-1064 ננומטר) עם סובלנות של ±0.1° - סובלנות הדוקה זו מבטיחה שהפרדת הקיטוב תישאר עקבית על פני פתח האלומה. זווית הטריז של מפצל האלומות (בדרך כלל 33.6 מעלות עבור 56.4 מעלות שכיחות) מעובדת גם ל-0.05° ± כדי למנוע התרחקות של אלומה (הזזה לרוחב של האלומה המשודרת).

שילוב מצע וציפוי עמיד : זמין בשני מצעים עיקריים: סיליקה מאוחה UV (אידיאלי עבור יישומי UV-NIR, 190-2500 ננומטר) ו-N-BK7 (חסכוני עבור NIR גלוי, 400-2000 ננומטר). שני המצעים משויכים לציפויים דיאלקטריים בעלי חוזק הידבקות גבוה (>5 N/mm², נבדק באמצעות פילינג סרט) ועמידות בפני גורמים סביבתיים (למשל, 95% לחות יחסית, טווח טמפרטורות -40°C עד +80°C).

יישומים

מערכות לייזר בעלות הספק גבוה : מאפשרות פיצול ושילוב של קרן בלייזרים תעשייתיים (למשל, לייזרים סיבים של 1 קילוואט לחיתוך מתכת) ולייזרי מחקר (למשל, לייזרים Ti:sapphire מהירים במיוחד עבור ספקטרוסקופיה). בחיתוך לייזר, PBS פיצלה קרן אחת בעלת הספק גבוה לשתי אלומות בעלות הספק נמוך יותר, מה שמאפשר חיתוך בו-זמני של שני חלקי עבודה - הכפלת יעילות הייצור.

אופטיקה קוונטית : חיונית למניפולציה וזיהוי מצב קוונטי מבוסס קיטוב במערכות כמו הפצת מפתח קוונטי (QKD) ומחשוב קוונטי. ב-QKD, PBS מפרידים זוגות פוטונים סבוכים (כל אחד עם קיטוב אורתוגונלי) כדי לאפשר יצירת מפתח הצפנה מאובטח - יחסי הכחדה >1000:1 מבטיחים שמצבים קוונטיים יישארו לא פגומים.

מטרולוגיה : ספק מקורות אור מקוטבים עבור אליפסומטריה (מדידה של עובי סרט דק ומקדם שבירה) ופולארימטריה (מאפיינת חומרים אופטיים). בייצור מוליכים למחצה, אליפסומטרים משתמשים ב-PBS כדי לנתח את מצב הקיטוב של האור המוחזר ממשטחי פרוסות, מה שמאפשר מדידה של עובי שכבת תחמוצת בדיוק של ±0.1 ננומטר.

סיבים אופטיים : ממשק בין מערכות אופטיות בשטח פנוי ורשתות סיבים אופטיים, כאשר בקרת הקיטוב היא קריטית לשלמות האות. לדוגמה, במערכות טלקום הפועלות ב-1310 ננומטר או 1550 ננומטר, PBS מיישר את הקיטוב של לייזרים בשטח פנוי עם צירי קיטוב סיבים, ומפחית את אובדן האות (אובדן הכנסה <0.5 dB).

מערכות הדמיה : שפר את הניגודיות ביישומי הדמיה רגישים לקיטוב, כגון הדמיה ביו-רפואית (זיהוי רקמה סרטנית) וחישה מרחוק (זיהוי דליפת שמן). בהדמיה ביו-רפואית, PBS מפריד בין אור מקוטב המוחזר מרקמות בריאות וסרטניות - לרקמה סרטנית יש חתימת קיטוב שונה, מה שהופך אותה להבחנה אפילו בשלבים מוקדמים.

שאלות נפוצות

אילו גורמים משפיעים על ההתנגדות לנזק בלייזר, וכיצד ניתן לייעל אותם?

שלושה גורמים מרכזיים משפיעים על LIDT: חומרי ציפוי, תהליך השקיעה והכנת המצע. חומרי ציפוי בעלי אנרגיית פער פס גבוה (למשל, SiO₂, bandgap ~9 eV) עמידים יותר להתמוטטות הנגרמת על ידי לייזר מאשר חומרים בעלי פער פס נמוך. תהליך שקיעת קרן יונים (לעומת אידוי תרמי) מייצר ציפויים צפופים יותר עם פחות פגמים, מה שמגדיל את ה-LIDT ב-30-50%. הכנת המצע - כולל ניקוי קולי וחריטת פלזמה להסרת מזהמים על פני השטח - מפחיתה אתרי ספיגה שיכולים ליזום נזק. עבור יישומים בעלי הספק גבוה, בחר PBS עם מפרטי 'high-LIDT' והימנע מפעולה ליד צפיפות ההספק המקסימלית (הורד ב-20-30%).

האם ניתן להשתמש במפצלי האלומות האלה עם לייזרים מהירים במיוחד (פולסים של שנייה שנייה)?

כן, אך ציין דגמים בדירוג פמט-שנייה, מכיוון שציפויים סטנדרטיים עשויים להפגין מאפייני נזק שונים בפולסים קצרים (fs לעומת ns). PBS בדירוג Femtosecond משתמש בציפויים דיאלקטריים עבים יותר (10-20 שכבות לעומת 5-10 לסטנדרט) כדי לפזר את אנרגיית הדופק באופן שווה יותר, ולהפחית את שיא השדות החשמליים בציפוי. מודלים אלה מטפלים בדרך כלל ברוחב פולסים עד 10 fs ובצפיפות שיא הספק של עד 10⊃1;⊃2; W/cm² (עבור פולסים של 100 fs ב-800 ננומטר). אשר תמיד את ה-LIDT עבור רוחב הדופק ואורך הגל הספציפיים שלך - fs LIDT לעתים קרובות נמוך מ-ns LIDT עבור אותו ציפוי.

מהו טווח טמפרטורת הפעולה, וכיצד משפיעה הטמפרטורה על הביצועים?

דגמים סטנדרטיים מתפקדים בצורה מהימנה מ -20°C עד +70°C , עם שינויים מינימליים ביחס ההכחדה (<5% וריאציה) ובהילוך (<2% וריאציה) בטווח זה. בטמפרטורות מעבר לטווח זה, התפשטות/התכווצות המצע יכולה לשנות את זווית הפגיעה, ולהפחית את יחס ההכחדה - לדוגמה, ב-+100°C, ההתפשטות התרמית של N-BK7 (7.1 × 10⁻⁶ /°C) יכולה לשנות את זווית הפגיעה ב-0.2°, ולהוריד את יחס ההכחדה של 500:1. עבור יישומים בטמפרטורה קיצונית (למשל, תעופה וחלל), גרסאות בעלות יציבות גבוהה משתמשות במצעי סיליקה ממוזגים (התפשטות תרמית נמוכה יותר: 0.55 × 10⁻⁶ /°C) וקשרי ציפוי גמישים, המרחיבים את הטווח עד -40°C עד +100°C.