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紫外、可见和近红外光谱范围内的激光光学元件
麦肯咨询 浏览量:1071 来源:http://www.maiken8.com 进入: BBS
关键词:激光光学元件
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1 范围
本部分规定了紫外、可见和近红外波段,波长从170nm至2100nm光谱范围内的激光光学元件的要求。
本部分适用于激光器和激光相关设备使用的标准光学元件,包括平面、平面球面和球面基片不包括镀膜后的光学元件,透镜和按规定设计由供应商提供的其它标准光学元件。
本部分包括元件的类型,使用的材料,物理尺寸和制造公差。
注:用于波长大于2100nm红外光谱波段的光学元件参考GB/T XXXX-2。镀膜后的光学元件参考GB/T 26332(所有部分)。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 1185-2006  光学零件表面疵病 (ISO 10110-7:1996,NEQ)
GB/T 2831-2009  光学零件的面形偏差 (ISO 10110-5:2007,NEQ)
GB/T 7242-2010  透镜中心偏差
GB/T 7661-2009  光学零件气泡度 (ISO 10110-3:1996,NEQ)
GB/T 13323-2009  光学制图 (ISO 10110-1:2006,NEQ)
GB/T 26332.1-2010  光学和光学仪器 光学薄膜 第1部分:定义 (ISO 9211-1:1994,IDT)
GB/T 26332.2-2015  光学和光子学 光学薄膜 第2部分:光学特性 (ISO 9211-2:2010,IDT)
ISO 10110-2 光学和光学仪器 光学元件及系统图纸绘制 第2部分:材料缺陷-应力双折射
ISO 10110-4 光学和光学仪器 光学元件及系统图纸绘制 第4部分:材料缺陷-非均匀性与条纹
3 光学元件代号
表1给出了本部分适用的光学元件代号。
表1 光学元件代号
光学元件类型 代号
光学平晶Optical flats OF
圆形平面窗口 Circular windows — flat WC
椭圆形平面窗口 Elliptical windows — flat WE
矩形平面窗口 Rectangular windows — flat WR
平面输出耦合镜 Output couplers — flat OC
平面反射镜 Mirrors — flat MF
凸面反射镜 Mirrors — convex MX
凹面反射镜 Mirrors — concave MV
平凸透镜Plano-convex lenses PX
平凹透镜Plano-concave lenses PV
对称双凸透镜Symmetric biconvex lenses BX
对称双凹透镜Symmetric biconcave lenses BV
4 光学元件的材料
紫外、可见和近红外波长范围从170nm至2100nm内的元件其材料有很多如:
-硅酸盐冕玻璃
-融石英
-紫外级融石英
-氟化钙
制造商和设计者应指明使用的或需要的材料。按GB/T 13323-2009中的第4.3.8条的要求给出材料的规格。如使用双折射材料,应规定元件光轴相对与几何轴的方向。
5 质量要求
根据GB/T 13323、GB/T 7661、GB/T 2831、GB/T 7242、GB/T 1185、ISO 10110-2和ISO 10110-4材料和表面质量的定义,表2至表6中列出了材料和表面质量优先的规格和等级。用于激光器的光学元件的质量标准通常高于普通光学元件。由于激光腔内需要承受极高的功率和能量密度以及激光损伤的可能性,因此激光腔内的光学元件的质量要求明显不同于激光腔外的光学元件。
光学元件两个质量等级:A级和B级。A级的光学元件用于腔内光学元件和输出耦合镜,此类光学元件需承受极高功率(能量)密度。A级的光学元件比B级的光学元件有更严格的形状公差和表面缺陷公差。应注意,对于激光损伤的表面麻点和凹坑的主要尺寸是/10~10, 为激光器的波长。
光学平晶与平面窗口、平面输出耦合镜和平面反射镜相比对于材料及制造公差的要求更高。对于光学平晶平行度的制造公差是(010)(角度秒),对其他元件平行度的制造公差要求是  (角度分)。这是因为在光学平晶内部会产生相干干涉,而其他元件应把这种影响降到最低。
表2 透镜的材料和表面制造公差
直径
mm 材料公差 制造公差
 应力双折射0/… 气泡和杂质
1/… 非均匀性和条纹2/… A级表面面形
3/… B级表面面形
3/… 中心偏差
4/… A级表面缺陷5/… B级表面缺陷5/…
5-15 10 20.063 2;4 -(0.2/0.2) -(0.4/0.4) 2 10.040 10.063
>15-30 10 30.063 2;4 -(0.3/0.3) -(0.6/0.6) 2 10.040 10.063
>30-51 10 30.100 2;3 -(0.5/0.5) -(1.0/1.0) 2 20.040 20.063
>51-102 10 50.100 2;3 -(0.6/0.6) -(1.0/1.0) 2 30.040 30.063
表3 反射镜的材料和表面制造公差(输出耦合镜除外)
直径
mm 材料公差 制造公差
 应力双折射0/… 气泡和杂质
1/… 非均匀性和条纹2/… A级表面面形
3/… B级表面面形
3/… 中心偏差
4/… A级表面缺陷5/… B级表面缺陷5/…
5-15 10 NA NA -(0.2/0.2) -(0.4/0.4) 2 10.025 10.040
>15-30 10 NA NA -(0.2/0.2) -(0.6/0.6) 2 20.025 20.040
>30-51 10 NA NA -(0.3/0.3) -(1.0/1.0) 2 30.025 30.040
>51-102 10 NA NA -(0.5/0.5) -(1.0/1.0) 2 50.025 50.040
注  NA:不适用
表4 平面输出耦合镜的材料和表面制造公差
直径
mm 材料公差 制造公差
 应力双折射0/… 气泡和杂质
1/… 非均匀性和条纹
2/… A级表面面形
3/… A级表面缺陷5/… 平行度
5-15 10 20.063 2;4 -0.2(0.2/0.2) 10.025 15
>15-30 10 20.063 2;4 -0.3(0.3/0.3) 20.025 15
>30-51 10 30.100 2;3 -0.5(0.5/0.5) 30.025 15
>51-102 10 50.100 2;3 -0.6(0.6/0.6) 50.025 15
表5 光学平晶的材料和表面制造公差
直径
mm 材料公差 制造公差
 应力双折射0/… 气泡和杂质
1/… 非均匀性和条纹
2/… A级表面面形
3/… A级表面缺陷5/… 平行度
5-102 10 20.063 2;4 0.2(0.2/0.2) 10.025 10
表6 窗口的材料和表面制造公差
直径
mm 材料公差 制造公差
 应力双折射0/… 气泡和杂质
1/… 非均匀性和条纹2/… A级表面面形
3/… B级表面面形
3/… A级表面缺陷5/… B级表面缺陷5/… 平行度
5-15 10 20.063 2;4 -(0.2/0.2) 2(0.4/0.4) 10.025 10.040 15
>15-30 10 20.063 2;4 -(0.3/0.3) 3(0.6/0.6) 20.025 20.040 15
>30-51 10 30.100 2;3 -(0.5/0.5) 5(1.0/1.0) 30.025 30.040 15
>51-102 10 50.100 2;3 -(0.6/0.6) 6(1.0/1.0) 50.025 50.040 15
6 尺寸公差
6.1 优先的尺寸
元件的尺寸宜采用公制单位。对英制单位,附录A中给出了英制单位的优先尺寸。
若设计时采用非优先尺寸,可参考表7、表8和表9。所有的元件应在边缘保护性倒角。


表7 圆形或矩形平面元件的优先尺寸[见图1a)至c)]
单位:mm       
直径或次边长 主边长 直径或边长公差 厚度
0.2
4
5
6
8
10 6.5
8
10
13
15 -0.1
-0.1
-0.1
-0.1
-0.1 1或2
1或2
1或2
2或4
3,5,6
12.5
15
20
25
30
40
50 20
25
30
35
40
50
60 -0.15
-0.15
-0.15
-0.15
-0.15
-0.15
-0.15 3,5,6
3,5,6
5或6
5或6
6或8
8
10
60
75
80
100 80
90
100
120 -0.20
-0.20
-0.20
-0.20 12
15或20
15或20
15或20
表8 标准透镜尺寸[见图1d)]
单位:mm        
直径 直径公差 凸透镜 凹透镜
  边缘厚度a
0.2 中心厚度
0.2
5
8
10 -0.1
-0.1
-0.1 NA
1.5,3,6
2,4,6 NA
1.5,3,6
2,4,6
15
20
25 -0.15
-0.15
-0.15 2,4,6
2,4,6
2,4,6 2,4,6
2,4,6
2,4,6
30
40
50 -0.15
-0.15
-0.15 2,4,6
2,4,6
3,6,8 2,4,6
2,4,6
3,6,8
75
100 -0.20
-0.20 3,6,8
3,6,8 3,6,8
3,6,8
a只适用于平凸和平凹透镜(见6.5)
表9 标准平凹反射镜尺寸[见图1e)]
单位:mm         
直径或次边长 直径或边长公差 边缘厚度
0.2
6
8
10 -0.1
-0.1
-0.1 3,5,6
3,5,6
3,5,6
15
20
25
30
40
50 -0.15
-0.15
-0.15
-0.15
-0.15
-0.15 5,7,8,10
5,7,8,10
5,7,8,10
5,7,8,10
6,7,8,10,13
8,10,13,16
60
75
80
100 -0.20
-0.20
-0.20
-0.20 8,10,13,16
8,10,13,16
10,13,16,20
10,13,16,20
 
说明:
D ——直径;
lma——主边长;
lmi——次边长;
t ——厚度;
tc——中心厚度;
te——边缘厚度;
a——环带宽度。
图1 不同类型元件图解介绍
6.2 圆形光学元件的直径
包括圆形光学平晶、输出耦合镜、窗口、反射镜和透镜。表7中给出了优先的直径和关联的公差值。
6.3 反射镜和输出耦合镜的曲率
大部分的激光反射镜和输出耦合镜都是平面,但有一些是平凸和平凹的。这些元件应规定使用的曲率半径。曲率半径的取值没有基本的限制,只是不能小于基片直径的一半。曲率半径的标准公差是2%。所有腔内的反射镜和窗口应规定为A级或能承受激光诱导损伤的能力。
6.4 矩形和椭圆形窗口
表7中给出了图1中规定的优先尺寸和公差。次边长和圆形元件的直径尺寸在一起规定,主边长作为第二个尺寸来规定。对于椭圆形窗口,第二个尺寸是元件的使用角度。主边长的公差与次边长的公差相同。
6.5 焦距
本部分并未规定透镜焦距的优先值,制造商应作为指定的要素规定焦距值。焦距应用波长为546.1nm汞的谱线来规定,单位为mm。标准公差为2%.优先尺寸见表8。边缘厚度只适用于平凸和平凹透镜。对于其他透镜,可以规定不同的边缘厚度。
此外,制造商还应规定后焦距(从第二定点到后焦点的距离)。
注:焦距没有基本的限制,除非曲率半径不能小于透镜直径的一半。对于简单的平凹和平凸透镜,与焦距f相关的参量有折射率n和曲率半径r,空气中薄透镜的公式:
r=(n-1)f
式中:
r—曲率半径;
n—折射率;
f—焦距。
对于对称的双凹和双凸透镜,公式为:
r=2(n-1)f
式中:
r—曲率半径;
n—折射率;
f—焦距。
对于厚透镜,查询有关的书籍。
7 测量区域
表2至表6规定的表面质量的测试区域是光学元件的中心区域,直径(或边长,对于矩形和椭圆形元件来讲)的90%范围。
8 订单标识
标识法组成如下:
GB/T XXXX-1/(元件代号)(直径)/(第二尺寸)/(边缘厚度)/(质量代号)
另外,在此标识中应规定元件的材料(见第4章)。另外还可规定镀膜(见第9章),激光损伤阈值和吸收等。
示例1:激光腔内直径25mm厚度10mm的平面圆形窗口的标识
GB/T XXXX -1/WC25/10/A
这个标识的组成:
标识            含义
WC**//**/*      平面圆形窗口元件代号
**//**/*        规定直径为25mm,公差为0.00/-0.15mm
****//10/*      规定厚度为10mm,公差为0.2mm
****//**/A      规定A级质量腔内使用
示例2:直径50mm,焦距500mm,边缘厚度4mm对称双凸透镜的标识
GB/T XXXX -1/BX50/500/4/B
这个标识的组成:
标识            含义
BX**/***/*/*    对称双凸透镜元件代号
**50/***/*/*    规定直径为50mm,公差为0.00/-0.15mm
****/500/*/*    规定焦距为500mm,公差为2%
****/***/4/*    规定边缘厚度为4mm,公差为0.2mm
****/***/*/B    规定B级质量非重要激光使用
示例3:主边长24mm,次边长15mm,厚度2mm平面椭圆形窗口的标识
GB/T XXXX -1/WE15/57/2/A
这个标识的组成:
标识            含义
WE**/**/*/*     椭圆形平面窗口元件代号
**15/**/*/*     规定次边长为15mm,公差为0.00/-0.15mm
****/57/*/*    规定使用57入射角
****/**/2/*     规定厚度为2mm,公差为0.2mm
****/**/*/A     规定A级质量重要元件使用
示例4:尺寸是10mmx16mmx2mm平面矩形窗口的标识
GB/T XXXX -1/WR10/16/2/B
这个标识的组成:
标识            含义
WR**/**/*/*     平面矩形窗口元件代号
**10/**/*/*     规定次边长为10mm,公差为0.00/-0.10mm
****/16/*/*     规定主边长为16mm,公差为0.00/-0.10mm
****/**/2/*     规定厚度为2mm,公差为0.2mm
****/**/*/B     规定B级质量外腔使用
示例5:直径20mm,边缘厚度10mm,曲率半径50mm凹激光腔反射镜的标识
GB/T XXXX -1/MV20/50/10/A
这个标识的组成:
标识            含义
MV**/**/**/*    凹反射镜元件代号
**20/**/**/*    规定直径为20mm,公差为0.00/-0.15mm
****/50/**/*    规定曲率半径为50mm,公差为2%
****/**/10/*    规定边缘厚度为10mm,公差0.2mm
****/**/**/A    规定B级质量腔内使用
9 镀膜
第8章标识中未提及透镜、窗口或反射镜的镀膜要求。除非要求非镀膜基片,否则应详细规定镀膜要求。根据GB/T 26332.1和GB/T 26332.2,最少应规定镀膜的类型(增透、部分反射、全反射)、波长、反射率、入射角度和吸收特性。
10 包装
所有光学元件应小心包装并贴有如下信息的标签:
a)  元件标识;
b)  材料;
c)  镀膜详细资料(如适用);
d)  操作和存储说明;
e)  潜在的危险(如毒性/致癌性)。
如果膜层或元件有毒或有危险性或易吸潮,均应在标签上清晰地标出。

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