[PDF]     http://dx.doi.org/10.3952/lithjphys.51407

Open access article / Atviros prieigos straipsnis

Lith. J. Phys. 51, 303–308 (2011)


OPTICAL RESISTANCE AND SPECTRAL PROPERTIES OF ANTIREFLECTIVE COATINGS DEPOSITED ON LBO CRYSTALS BY ION BEAM SPUTTERING
G. Abromavičius a, b, R. Buzelis a, R. Drazdys a, K. Juškevičius a, S. Kičas a, T. Tolenis a, J. Mirauskas c, M. Ščiuka c, V. Sirutkaitis c, and A. Melninkaitis c
a State Scientific Research Institute Center for Physical Sciences and Technology, Savanorių 231, LT-02300 Vilnius, Lithuania
E-mail: rbuzelis@ktl.mii.lt
b Optida Co Ltd, A. Goštauto 12, LT-01108,Vilnius, Lithuania
c Vilnius University Laser Research Center, Saulėtekio 10, LT-10223 Vilnius, Lithuania
E-mail: andrius.melninkaitis@ff.vu.lt

Received 11 October 2011; accepted 1 December 2011

The nonlinear LBO (LiB3O5) crystal is widely used in many Nd:YAG, Yb:KGW and Nd:YLF lasers in order to generate higher optical harmonics. However, the most limiting factor in such applications is the optical resistance of their coated surfaces described by the so-called Laser Induced Damage Threshold (LIDT) parameter. In this work we investigate the “fatigue” (multi-pulse) behaviour of LIDTs in LBO crystals coated with different types of (single AR@355 nm and triple AR@355+532+1064 nm wavelength) anti-reflective coatings while optimising the refractive index designs and selecting appropriate sub-layer materials. All the coatings were produced of different oxide materials (ZrO2, Al2O3, SiO2) and ZrO2-SiO2 mixtures by using the ion beam sputtering (IBS) deposition technique. The optical damage resistance of both fixed and transient refractive index coatings is of special interest. Besides the spectral properties, the resistance to laser irradiation is characterised at the wavelength of 355 nm with laser pulses of nanosecond duration. The conclusions are drawn about the AR coated LBO with the most successful designs by the means of optical resistance.
Keywords: frequency-doubled AR coating, LIDT, LBO, IBS
PACS: 42.79.Wc, 42.79.Nv, 81.15.Cd, 68.60.-p, 68.37.-d


JONPLUOŠČIO DULKINIMO BŪDU SUFORMUOTŲ SKAIDRINANČIŲ DANGŲ ANT LBO KRISTALŲ SPEKTRINĖS SAVYBĖS IR JŲ ATSPARUMAS LAZERIO SPINDULIUOTEI
G. Abromavičius a, b, R. Buzelis a, R. Drazdys a, K. Juškevičius a, S. Kičas a, T. Tolenis a, J. Mirauskas c, M. Ščiuka c, V. Sirutkaitis c, A. Melninkaitis c
a Valstybinis mokslinių tyrimų institutas Fizinių ir technologijos mokslų centras, Vilnius, Lietuva
b UAB Optida, Vilnius, Lietuva
c Vilniaus universiteto Lazerinių tyrimų centras, Vilnius, Lietuva

Netiesiniai LBO (LiB3O5) kristalai yra plačiai naudojami Nd:YAG, Yb:KGW ir Nd:YLF lazeriuose aukštesnių optinių harmonikų generavimui. Pagrindinis veiksnys, ribojantis jų taikymus – spartus skaidrinančių dangų degradavimas, naudojant 355 nm bangos ilgio spinduliuotę bei esant dideliems impulsų pasikartojimo dažniams (5–20) kHz. Šio darbo metu buvo sumodeliuotos ir jonpluoščio dulkinimo būdu suformuotos vienbangio su padidintu pralaidumu (AR@355 + HT@532 + 1064) ir tribangio (AR@355 + 532 + 1064) skaidrinimo dangos ant LBO kristalų, naudojant Al2O3/SiO2 plonus sluoksnius bei ZrO2-SiO2 mišinius. ZrO2-SiO2 mišinių atveju buvo pasirinktos dangų konstrukcijos su diskrečiu ir tolygiai kintančio lūžio rodiklio profiliais. Geresnei dangos adhezijai su LBO kristalu pasiekti visose dangose buvo naudojamas SiO2 pasluoksnis. Dengtų kristalų optinio pažeidimo slenksčio matavimai buvo atlikti esant 10 Hz ir 6 kHz impulso pasikartojimo dažniams ir parodė, kad daugeliu atvejų atsparesnės dangos buvo suformuotos naudojant ZrO2-SiO2 mišinius negu UV srities dangoms formuoti tradiciškai naudojamas medžiagas Al2O3 bei SiO2.


References / Nuorodos

[1] C. Chen, Y. Wu, A. Jiang, B. Wu, G. You, R. Li, and S. Lin, New nonlinear-optical crystal: LiB3O5, J. Opt. Soc. Am. B 6, 616–621 (1989),
http://dx.doi.org/10.1364/JOSAB.6.000616
[2] D.A. Keszler, Borates for optical frequency conversion, Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 1, 204–211 (1996),
http://dx.doi.org/10.1016/S1359-0286(96)80085-4
[3] H. Yoshida, H. Fujita, M. Nakatsuka, M. Yoshimura, T. Sasaki, T. Kamimura, and K. Yoshida, Dependences of laser-induced bulk damage threshold and crack patterns in several nonlinear crystals on irradiation direction, Jpn. J. Appl. Phys. 45, 766 (2006),
http://dx.doi.org/10.1143/JJAP.45.766
[4] E.A. Levchuk, V.V. Novopashin, and A.V. Shestakov, High-quality interference coatings for LBO and BBO crystals produced by the ion-beam technique, Proc. SPIE 3738, 118–125 (1999),
http://dx.doi.org/10.1117/12.360072
[5] Z. Deng, H. Gao, L. Xiao, H. He, Z. Fan, and J. Shao, Design and preparation of frequency doubling antireflection coating with different thicknesses of interlayer for LiB3O5 crystal, Chin. Opt. Lett. 5, 60–62 (2007),
http://www.opticsinfobase.org/col/abstract.cfm?URI=col-5-1-60
[6] T. Tan, J. Shan, W. Wu, Y. Guo, J. Shao, and Z. Fan, Employing SiO2 buffer layer to improve adhesion of the frequency-doubled antireflection coating on LBO, Journal of Wuhan University of Technology – Mater. Sci. Ed. 24, 849–851 (2009),
http://dx.doi.org/10.1007/s11595-009-6849-8
[7] A. Melninkaitis, T. Tolenis, L. Mažulė, J. Mirauskas, V. Sirutkaitis, B. Mangote, X. Fu, M. Zerrad, L. Gallais, M. Commandré, S. Kičas, and R. Drazdys, Characterization of zirconia- and niobia-silica mixture coatings produced by ion-beam sputtering, Appl. Opt. 50, C188–C196 (2011),
http://dx.doi.org/10.1364/AO.50.00C188
[8] M. Lappschies, B. Görtz, and D. Ristau, Optical monitoring of rugate filters, Proc. SPIE 5963, 1Z1–1Z9 (2005),
http://dx.doi.org/10.1117/12.625122
[9] K. Starke, T. Grosz, M. Lappschies, and D. Ristau, Rapid prototyping of optical thin film filters, Proc. SPIE 4094, 83–92 (2000),
http://dx.doi.org/10.1117/12.404754
[10] K. Starke, L.O. Jensen, M. Jupé, D. Ristau, G. Abromavicius, K. Juskevicius, R. Buzelis, and R. Drazdys, Investigation in oxide mixture coatings with adapted gradient index profiles, Proc. SPIE 7504, 75040B (2009),
http://dx.doi.org/10.1117/12.836462
[11] ISO 11254–2:2001: Determination of laser-induced damage threshold of optical surfaces – Part 2: S-on-1 test, Lasers and laser-related equipment (2001),
http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_ics/catalogue_detail_ics.htm?csnumber=21142&ICS1=31&ICS2=260
[12] A. Melninkaitis, D. Miksys, T. Balciunas, O. Balachninaite, T. Rakickas, R. Grigonis, and V. Sirutkaitis, Automated test station for laser-induced damage threshold measurements according to ISO 11254–2 standard, Proc. SPIE 6101, 61011J (2006),
http://dx.doi.org/10.1117/12.647427