過去幾年，高功率超快激光器在材料加工中受到了廣泛關(guan) 注，市場也隨之出現了對兆瓦、太瓦級超快激光器的需求增長。實踐證明，這種超快激光加工係統因其獨特性非常適合於(yu) 微加工。

在微加工過程中，高功率超快激光器可以應對更大範圍的材料加工，並能實現更高精度加工的能力。但就目前來看，一味追求超快激光器的峰值功率未必就能達到理想的加工效果。其中，主要限製是熱透鏡效應。

熱透鏡效應是指，由於(yu) 光學元件質量差、髒汙、損壞等原因造成對激光吸收率增大，光學元件受激光束連續較長時間照射後，溫度升高產(chan) 生熱變形，進而引起透過型光學元件的折射率和反射型光學元件的反射方向發生變化。熱透鏡效應會(hui) 改變激光焦點的位置，進而影響最終加工效果。

高功率超快激光器可能會(hui) 在腔光學係統中引起強烈的非線性效應，從(cong) 而導致熱量積聚。這種不均勻的熱量分布將導致光學器件發生折射率梯度，從(cong) 而改變焦距。其中的一些影響可以通過諧振器再設計得到緩解。但另一方麵，高階像差很難補償(chang) 並可能導致低質量的激光束。

在某些情況下，當激光腔完全失準且沒有被觀察到共振時，熱透鏡效應產(chan) 生的危害可能會(hui) 更大。而鎖模激光器的衍射極限性能，隻能通過最大限度減少熱效應來實現。

色散鏡成解決(jue) 之道

多層介電塗層技術的進步，則通過補償(chang) 大多數光學介質中發現的正群延遲色散（GDD），使色散鏡成為(wei) 超快激光器的重要組成部分，延長了脈衝(chong) 持續時間，降低了峰值功率。這種脈衝(chong) 壓縮鏡在很寬的波長範圍內(nei) 能提供負群延遲色散，並能支持非常短的激光脈衝(chong) ，同時既能限製損耗又能提供對激光對準的持續需求。

但是，高色散反射鏡也可能會(hui) 出現熱透鏡效應，從(cong) 而影響加工係統的性能。好消息是塗層技術的新發展，允許工程師創建具有可忽略不計熱透鏡效應的新型色散鏡。通過減少腔鏡產(chan) 生的熱效應，這些反射鏡是開發高功率超快材料加工係統的理想選擇。

■具有低熱透鏡效應的色散鏡仍然保持高反射率和高幅度負群延遲色散，這在高精度材料加工係統中至關(guan) 重要

這些反射鏡結合了色散反射鏡在寬波長範圍內(nei) 提供的高負寬帶群延遲色散和低損耗，同時減少了熱透鏡效應。通過仔細操縱光學設計和沉積過程的各種參數實現，從(cong) 而在Yb:YAG、Er:YAG、銩和鈥激光係統等高功率超快激光係統中，獲得無與(yu) 倫(lun) 比的性能。

測試熱性能

通過使用紅外相機測量反射鏡表麵溫度的升高，在連續波（CW）模式下運行的Yb:YAG薄盤激光器中測試了反射鏡的熱透鏡效應。下圖顯示了沒有新的低熱透鏡塗層的色散鏡的光譜性能，在1010nm和1050nm之間具有-3000fs²的群延遲色散和高反射率。這麵鏡子經曆了57K 的溫度變化，導致激光器和振蕩器穩定性發生惡化。

■沒有新的低熱透鏡鍍膜的色散鏡在測試過程中經曆了57K的溫度變化，這會(hui) 使激光器不穩定並導致係統性能下降

下麵兩(liang) 張圖顯示了測量到的兩(liang) 個(ge) 色散鏡的溫度升高，熱透鏡效應降低，群延遲色散值為(wei) -1000fs²和-3000fs²。與(yu) 傳(chuan) 統反射鏡相比，具有減少熱透鏡效應的色散反射鏡，其溫度升高的幅度要小得多。在群延遲色散分別為(wei) -1000fs²和-3000fs²的反射鏡中觀察到10K和20K的溫度升高，顯著低於(yu) 傳(chuan) 統色散鏡的溫度升高。保持了激光器和振蕩器的穩定性，使整個(ge) 激光係統能夠實現鎖模並正常運行。

■群延遲色散為(wei) -1000fs2的低熱透鏡色散鏡在測試期間經曆了10K的溫度變化，避免了任何可檢測的熱引起的性能下降

■群延遲色散為(wei) -3000fs2的低熱透鏡色散鏡在測試期間經曆了20K的溫度變化，但仍避免了任何熱效應引起的性能下降

什麽(me) 時候需要低熱透鏡鍍膜？

減少反射鏡中的熱量積聚，對於(yu) 減少高功率超快鎖模激光器的熱透鏡效應十分有幫助。然而，並非所有超快激光器都需要用到這項技術。摻鈦藍寶石激光器通常不會(hui) 達到足夠高的平均功率，使熱量積聚和熱透鏡效應成為(wei) 問題。光纖激光器也無需低熱透鏡塗層，因為(wei) 它們(men) 沒有可能發生熱效應的固態激光腔。

在上述兩(liang) 種情況下，即使沒有新型熱穩定塗層的脈衝(chong) 壓縮光學器件也完全足夠了。然而，對於(yu) Er:YAG、鈥和銩之類的高功率固態超快激光材料加工係統來說，減少熱透鏡效應卻顯得尤為(wei) 重要。