儘量減少不必要的雜散光!

為防止雷射系統中不必要的散射光傳輸，光束收集器通常被放置在每個電介質反射鏡後面。雖然具有高反射性，但總有少量的光穿過電介質反射鏡鍍膜洩漏出來。這種多餘的傳輸可以直接透過鏡面基材或在鏡面內產生鬼影反射，導致雷射系統的性能降低，甚至造成雷射安全問題。

愛特蒙特光學（Edmund Optics） 的新型施瓦茨（Schwarz）反射鏡可以顯著減少鏡子後面的光束收集需求。這些反射鏡是採用不透明、精密熔融石英基材的新型光學元件，在保持反射鏡 > 98% 的反射特性的同時，將光穿過反射鏡的傳播降低了幾個數量級。基材本身看起來是黑色的（schwarz一詞在德語中表示黑色），同時保持了熔融石英的有益特性。使用施瓦茨（Schwarz）反射鏡可以最大限度地縮減光學系統的尺寸，並透過消除雜散雷射來提高安全性。

傳統反射鏡有什麼問題？

雖然大部分入射雷射被設計用於過濾某些波長的電介質鏡面鍍膜所反射，但總有一些光會穿過鍍膜射入基材。熔融石英和普通反射鏡基材可能會讓這種光從反射鏡的背面轉移出去或者產生鬼影反射，將雜散光引入系統。鏡面反射頻譜以外的波長也可能透過鏡面進一步造成系統雜訊，降低系統性能。

是什麼讓施瓦茨（Schwarz）反射鏡的基材變得特別？

施瓦茨（Schwarz）反射鏡是由一種精密熔融石英製成，保持了熔融石英的高雷射誘發損傷閾值（LIDT）和低熱膨脹特性，同時也阻止了不必要的光線傳輸（圖1）。其典型熱膨脹係數為 0.55x10^-6/K、不透明、基本具備中性密度濾光片的功能。

圖 1: 施瓦茨（Schwarz）反射鏡的精密熔融石英基材（左）保持了傳統熔融石英的高LIDT和低熱膨脹係數（右），同時還吸收了不必要的光線，否則這些光線會透過反射鏡基材傳播並離開後表面。

施瓦茨（Schwarz）反射鏡：阻止不需要的傳輸

圖2 展示了施瓦茨（Schwarz）反射鏡精密熔融石英基材的卓越光阻。這就不需要將光束收集器放在反射鏡後面，從而降低了系統的總成本、重量和尺寸。

圖 2: 雷射從採用熔融石英基材的傳統電介質反射鏡後表面洩漏出（頂部），而具有相同厚度、直徑和鍍膜的施瓦茨（Schwarz）反射鏡可以防止這些不需要的光線通過反射鏡（底部）。

施瓦茨（Schwarz）反射鏡的性能測試

為了評估施瓦茨（Schwarz）反射鏡的性能，我們切割了一個直徑25mm、厚度 5mm 的黑色精密熔融石英毛胚，並對一個面進行了拋光。使用一個輸出功率為500 mW的532 nm二極體泵浦固體（DPSS）連續波雷射器，以及一個能夠以10 nW的解析度測量低至500 nW的矽基光電二極體，對穿過該材料的穿透率進行了測量。沒有檢測到訊號，意味著OD>7。

隨後這個坯件被削薄和拋光到4mm、3mm、最後到 2mm，都沒有任何記錄到的穿透，由此我們進一步瞭解該材料衰減可見光的能力。使用一個能夠記錄 OD 值高達 9 的鎖定放大器，2mm 厚的樣品在可見範圍內仍然沒有穿透。

接下來，同樣的雷射器和光電二極體被用來對施瓦茨（Schwarz）反射鏡及帶有熔融石英基材的傳統電介質反射鏡進行比較。兩種反射鏡的直徑均為 25mm，厚度均為 5mm，均有專為 532nm 設計的高反射介質鍍膜。如圖 2所示，雷射被衰減到137mW，並以45°角照射到反射鏡上。光電二極體記錄了反射鏡前後的測量值，以確定反射和穿透。圖3 和圖 4 結合了兩個不同的施瓦茨（Schwarz）反射鏡樣品和兩個傳統的熔融石英反射鏡樣品的資料，所有這些樣品分別被測量了五次。

圖 3: 與傳統的電介質反射鏡相比，施瓦茨（Schwarz）反射鏡的反射率變化很小。

圖 4: 施瓦茨（Schwarz）反射鏡的光密度明顯高於傳統反射鏡。

在 5 分鐘的時間範圍內，在距離每個光學元件 12.7mm（近）和 304.8mm（遠）處測量反射強度。平均而言，這些施瓦茨（Schwarz）反射鏡在延伸距離上反射了118.2 mW的入射光，達到了傳統熔融石英反射鏡（119.6 mW）反射性能的 98.7%。在大多數系統中，施瓦茨（Schwarz）反射鏡可以取代傳統熔融石英反射鏡，而在反射性能上也沒有明顯的變化。

穿透率是在光學元件後面 304.8mm 處測量所得，與入射光束同軸。傳統的熔融石英樣品穿透了>84 µW的光，而施瓦茨（Schwarz）反射鏡在這種光源下沒有可測量的穿透率，再次穿透低於光電二極體的閾值（500 nW）。