Minimisez la lumière parasite indésirable !

Pour éviter la transmission de lumière indésirable dans les systèmes laser, on place souvent des stoppeurs de faisceau derrière chaque miroir diélectrique. Bien qu'ils soient hautement réfléchissants, une petite quantité de lumière fuit toujours à travers les traitements de miroirs diélectriques. Cette transmission indésirable peut traverser directement le substrat du miroir ou créer des réflexions fantômes à l'intérieur de celui-ci, ce qui diminue les performances du système laser et peut même créer des problèmes de sécurité.

Les nouveaux Miroirs Schwarz sans Transmission d'Edmund Optics peuvent réduire de manière significative le besoin de stoppeurs de faisceau derrière les composants. Ces miroirs sont de nouveaux composants optiques qui utilisent des substrats de silice fondue opaques modifiés pour réduire la propagation de la lumière à travers le miroir de plusieurs ordres de grandeur tout en conservant >98 % des propriétés de réflexion du miroir. Le substrat lui-même apparaît noir (Schwarz Mirrors en anglais, « schwarz » signifiant « noir » en allemand) mais les propriétés bénéfiques de la silice fondue sont maintenues. L'utilisation d'un Miroir Optique Noirci peut minimiser la taille des systèmes optiques et améliorer la sécurité en éliminant la lumière laser parasite.

Qu'est-ce qui ne va pas avec les miroirs conventionnels ?

Si la majorité de la lumière laser incidente est réfléchie par les traitements de miroirs diélectriques conçus pour ces longueurs d'onde, une certaine quantité de lumière sera toujours transmise au substrat à travers le traitement. La silice fondue et d'autres substrats de miroir courants peuvent permettre à cette lumière de sortir par l'arrière du miroir ou de créer une réflexion fantôme, introduisant ainsi de la lumière parasite dans le système. Les longueurs d'onde situées en dehors de la bande de réflexion du miroir peuvent également traverser le miroir et contribuer davantage au bruit du système, réduisant ainsi ses performances.

Qu'est-ce qui rend les substrats des Miroirs Schwarz sans Transmission spéciaux ?

Les Miroirs Schwarz sans Transmission sont construits à partir d'une silice fondue modifiée qui maintient le seuil élevé de dommage laser (LIDT) et la faible expansion thermique de la silice fondue tout en bloquant la transmission de lumière indésirable (Figure 1). Ils présentent un coefficient d'expansion thermique typique de 0,55x10^-6/K, sont opaques et fonctionnent essentiellement comme des filtres à densité neutre.

Figure 1 : Les substrats en silice fondue modifiée (à gauche) conservent le LIDT élevé et le faible coefficient de dilatation thermique de la silice fondue traditionnelle (à droite) avec l'avantage supplémentaire d'absorber la lumière indésirable qui se propagerait autrement à travers le substrat du miroir et quitterait la surface arrière.

Miroirs Schwarz sans Transmission : Blocage des transmissions non désirées

La Figure 2 démontre le blocage supérieur de la lumière d'un substrat en silice fondue modifié du Miroir Optique Noirci. Il n'est donc plus nécessaire de placer des stoppeurs de faisceau derrière les miroirs, ce qui réduit le coût total, le poids et la taille du système.

Figure 2 : La lumière laser s'échappe de la surface arrière d'un miroir diélectrique conventionnel avec un substrat en silice fondue (en haut), tandis qu'un Miroirs Schwarz sans Transmission de même épaisseur, diamètre et traitement empêche cette lumière indésirable de traverser le miroir (en bas).

Test des performances des Miroirs Schwarz sans Transmission

Afin d'évaluer les performances des Miroirs Schwarz sans Transmission, une ébauche de 25 mm de diamètre et de 5 mm d'épaisseur en silice fondue noire a été découpée et polie sur une face. La transmission à travers le matériau a été mesurée à l'aide d'un laser à ondes continues de 532 nm pompé par diode (DPSS) avec une puissance de sortie de 500 mW et une photodiode à base de silicium capable de mesurer aussi peu que 500 nW avec une résolution de 10 nW. Aucun signal n'a été détecté, ce qui implique une transmission de <500 nW et donc une densité optique (DO) >7.

Cette ébauche a été amincie et polie à 4 mm, 3 mm et finalement 2 mm sans aucune transmission enregistrable afin de mieux comprendre la capacité du matériau à atténuer la lumière visible. En utilisant un amplificateur lock-in capable d'enregistrer des OD jusqu'à 9, l'échantillon de 2 mm ne donnait toujours aucune transmission pour le domaine visible.

Ensuite, le même laser et la même photodiode ont été utilisés pour comparer un Miroir Optique Noirci et un miroir diélectrique conventionnel avec un substrat en silice fondue. Les deux miroirs avaient un diamètre de 25 mm, une épaisseur de 5 mm et le même traitement diélectrique hautement réfléchissant conçu pour 532 nm. Le laser a été atténué à 137 mW et dirigé sur les miroirs à un angle de 45° comme indiqué sur la Figure 2. La photodiode a enregistré des mesures à la fois devant et derrière les miroirs pour déterminer la réflexion et la transmission. Les Figures 3 et 4 combinent les données de deux échantillons différents de Miroirs Schwarz sans Transmission et de deux échantillons de miroirs conventionnels en silice fondue, qui ont tous été mesurés cinq fois chacun.

Figure 3 : Le changement de la réflectivité des Miroirs Schwarz sans Transmission est minime par rapport aux miroirs diélectriques conventionnels.

Figure 4 : Les Miroirs Schwarz sans Transmission avaient des densités optiques nettement supérieures à celles des miroirs conventionnels.

L'intensité réfléchie a été mesurée à 12,7 mm (proche) et 304,8 mm (éloigné) de chaque optique sur une durée de cinq minutes. En moyenne, ces Miroirs Schwarz sans Transmission ont réfléchi 118,2 mW de la lumière incidente à la distance étendue, atteignant 98,7% de la performance de réflexion des miroirs conventionnels en silice fondue (119,6 mW). Dans la plupart des systèmes, les Miroirs Schwarz sans Transmission pourraient remplacer les miroirs conventionnels en silice fondue sans changement notable de la performance de réflexion.

La transmission a été mesurée à 304,8 mm derrière l'optique, sur l'axe du faisceau incident. Les échantillons conventionnels en silice fondue ont transmis >84 µW de lumière, tandis que les Miroirs Schwarz sans Transmission n'avaient aucune transmission mesurable avec cette source, transmettant à nouveau en dessous du seuil de 500 nW de la photodiode.