Notatki na temat laserów dużej mocy i komponentów optycznych z SiC —  Techniki obróbki powierzchni

Dlaczego węglik krzemu do optyki laserów dużej mocy?

Kryształy węglika krzemu (SiC) mogą wytrzymać temperatury do 1600 °C, charakteryzują się wysoką twardością, wykazują minimalne odkształcenia w wysokich temperaturach i oferują doskonałą przezroczystość od światła widzialnego czerwonego do podczerwieni długości fal. Te właściwości sprawiają, że SiC jest idealnym materiałem dla modułów laserowych dużej mocy, reflektorów optycznych, optyki kolimacyjnej i okien transmisyjnych.

Zmieniający się krajobraz projektowania laserów dużej mocy

W przeszłości większość systemów laserowych dużej mocy opierała się na ultrakrótkich laserach światłowodowych lub dużych laserach skupiających opartych na reflektorach. Jednak konfiguracje te często cierpiały z powodu ograniczonej kierunkowości wiązki, gęstości energii i obciążenia termicznego.

Ostatnie trendy w rozwoju systemów laserowych wymagają:

• Wyższych mocy wyjściowych
• Dalekiego zasięgu propagacji wiązki
• Węższej rozbieżności i kolimacji wiązki
• Lekkich i kompaktowych modułów optycznych

Optyka oparta na SiC zyskuje obecnie na popularności jako rozwiązanie tych ewoluujących wymagań — umożliwione przez ostatni postęp w wzroście kryształów i technologiach ultraprecyzyjnej produkcji.

Optyka SiC: Od teorii do zastosowania

Wraz z dojrzewaniem przetwarzania komponentów SiC — a nawet optyki kryształowej diamentowej zaczynającej się pojawiać — przyszłość wygląda obiecująco dla wdrożenia na skalę przemysłową.

Punkt przecięcia z optyką AR i wyzwaniami nanostrukturyzacji

Wyzwania związane z mikrofabrykacją w optyce laserowej SiC są niezwykle podobne do tych w falowodach AR opartych na SiC:

Wszystko na 4-calowych / 6-calowych / 8-calowych waflach SiC z:

• Tworzeniem antyrefleksyjnych (AR) nanostruktur
• Zwiększaniem wydajności transmisji lub odbicia
• Wzorcowaniem struktur siatki sub-falowej
• Periodyczność 100–500 nm
• Precyzja głębokości w skali nanometrów

Nietrudne zadania — zwłaszcza na materiale tak twardym i chemicznie obojętnym jak SiC.

Globalny krajobraz badań

Instytucje takie jak Uniwersytet Westlake, Harvard i inne rozpoczęły badania w tej dziedzinie.

Jedna z największych przeszkód?
Nawet jeśli wafle SiC są przystępne cenowo, jak wytrawić submikronowe periodyczne nanostruktury na tak twardym materiale, nie niszcząc go?

Rzut oka wstecz: Trawienie SiC dekadę temu

Ponad dekadę temu a 4-calowy wafelek SiC kosztował ponad 10 000 RMB, a wytrawienie nawet jednego było bolesnym procesem. Ale zgadnij co? Zadziałało.

Osiągnęliśmy subfalowe struktury antyrefleksyjne (AR) na SiC, które zmniejszyły odbicie powierzchni o ponad 30%— bez użycia jakichkolwiek narzędzi fotolitograficznych.