Материалы для элементов проходной оптики.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ.

1.Выбор материала конкретного типа лазера определяется в первую

очередь пропускание излучения нужной длины волны.

2.Мощность, необходимая для проведения тех. процесса (показатель

поглощения - min).

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ.

- высокая оптическая прочность (поры разрушаются);

- высокая механическая прочность;

- хорошая оптическая однородность;

- высокая термостойкость в рабочем диапазоне температур;

- высокая теплопроводность;

- малое значение температуропроводности;

- получение заготовок большего диаметра;

- химическая стойкость;

- min токсичность;

- невысокая стоимость материала и сырья;

- удобство монтажа и юстировки;

Материалы удовлетворяющие требования не созданы.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ ОПТИКИ.

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ.

- max коэффициент отражения на рабочей длине волны;

- возможность высокой точности изготовления отражающей поверхности

- стабильность формы и качества отражающей поверхности в течение;

длительного времени эксплуатации.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ.

В соответствии с этим материалы должны иметь:

- высокую теплопроводность;

- малый температурный коэффициент линейного расширения;

- min плотность;

- высокий предел упругости;

- max жесткость;

- min коэффициент поглощения на рабочей длине волны;

- высокую лучистую прочность;

- возможность обработки отражающей поверхности с высокой точ-

ностью воспроизводства;

- возможность использования охлаждения;

Лучше всего удовлетворяют требованиям и критериям: медь, меднохромистая бронза, молибден, вольфрам.

Материалы для изготовления элементов оптического тракта.

Элементами проходной оптики ТЛ являются выходные плоские окна и линзы, служащие для пропускания, транспортирования и формирования выходных пучков лучей и их фокусировки на обрабатываемый объект.

Выбор материалов для элементов проходной оптики конкретного типа лазера определяется, в первую очередь, пропусканием излучения той длинны волны, на которой лазер работает.

Газовые лазеры.

Мощность (энергия) излучения, необходимая для выполнения таких технологических операций, как сварка, сверление, разметка, термообработка и др., достигнута в основном на СО₂ - лазерах, работающих на длине волны 10.6 мкм. Поэтому оптические элементы проходной оптики должны иметь минимальный показатель поглощения в области l = 10...11 мкм.

Гамма материалов, прозрачных в этой области, весьма широкая. Однако эту гамму существенно сужают дополнительные требования, характерные именно для лазерных систем. К дополнительным требованиям относятся:

· высокая оптическая прочность, позволяющая достичь требуемых значений поверхностного и объемного порога разрушения и ресурса работы;

· высокая механическая твердость, обеспечивающая возможность и технологичность высококачественного полирования рабочих поверхностей;

· хорошая оптическая однородность, стабильная во времени и в процессе эксплуатации;

· высокая термостойкость в рабочем диапазоне температур;

· высокая теплопроводность, обеспечивающая рассеяние поглощенной материалом энергии излучения;

· малое значение температуропроводности, определяющей скорость установления теплового равновесия и расстояние, на которое тепловая волна проникает в глубь материала;

· возможность получения заготовок достаточно больших размеров;

· высокая химическая стойкость;

· отсутствие токсичности материала, сырья для его изготовления и продуктов его обработки;

· невысокая стоимость материала и сырья для его изготовления и продуктов его изготовления;

· удобства монтажа и юстировки системы оптических элементов;

Материалы, полностью удовлетворяющие всем перечисленным требованиям, в настоящее время еще не созданы.

Однако целый ряд материалов, прозрачных в ИК-области спектра, этим требованиям частично удовлетворяет. К ним относятся:

ä тугоплавкие монокристаллы Si, Ge, Al₂0₃;

ä полупроводниковые соединения ZnSe, CdTe, GaAs;

ä монокристаллические растворы на основе солей таллия, известные

под шифрами КРС-5 и КРС-6;

ä оптическая керамика типа КОЗ (на основе CaF₂), (на основе ZnSe) и

КО6 (на основе CdTe)

ä щелочно-галоидные кристаллы КCl, NaCl, CaF₂, LiF, BaF_2.

Так как каждый из этих материалов не полностью отвечает поставленным требованиям (так, например, КРС-5 и КРС-6 имеют малую термостойкость и весьма токсичны; Ge, GaAs, CdTe непрозрачны для видимого света, что затрудняет сборку и юстировку; KCl, NaCl, LiF гигроскопичны; ZnSe, BaF₂ и CdTe имеют высокую стоимость), то эффективность применения того или иного кристалла определяется отдельно для каждого конкретного случая. Показатели преломления для некоторых материалов приведены в таблице 2.3