CN104269724A

CN104269724A - 一种镀银激光泵浦聚光反射腔的制造方法

Info

Publication number: CN104269724A
Application number: CN201410555483.1A
Authority: CN
Inventors: 罗亦鸣
Original assignee: Sichuan Zhuo Zhong Science And Technology Ltd
Current assignee: Sichuan Zhuo Zhong Science And Technology Ltd
Priority date: 2014-10-20
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2015-01-07

Abstract

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及闪光灯泵浦的固体激光器技术领域。本发明提供一种镀银激光泵浦聚光反射腔的制造方法，其包含有，工序一，无烟化学镜面抛光处理金属聚光腔基底；工序二，基于金属介质增强型薄膜干涉理论进行耐久性多层复合反射膜结构设计；工序三，采用溅射沉积技术进行多层复合膜制备。本发明还提供一种激光泵浦聚腔反射腔表面多层复合膜，由基层表面、附着层、银反射层、阻隔层和增强型保护膜层组成。利用本发明的制作出的激光泵浦聚光反射腔可以提高激光器可靠性和输出效率，减少维护次数和成本。

Description

一种镀银激光泵浦聚光反射腔的制造方法

技术领域：

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及闪光灯泵浦的固体激光器技术领域。

背景技术：

现有的闪光灯泵浦的激光器的聚光反射腔，内壁通常采用：镀金，镀金的特点是反射率高、耐久性好、但成本高昂；镀银，镀银的特点为反射率最高，但环境稳定性不好，易氧化、硫化；不锈钢抛光，其特点是便宜、耐用，但反射率很低；漫反射陶瓷，其特点为便宜、反射率低，不易加工成比较复杂的形状；及其方法。综合来说，高性能、高效率的激光器，需要稳定、高反射率的泵浦聚光反射腔，只有镀金满足条件，但镀金成本高昂。镀银的反射率是最高的，成本也低，但是耐久性不好，在空气和水中很容易变色。其他方法都达不到高反射率的要求。

现有技术制作的反射腔，对很宽范围内的波长都有接近的反射率。要在固体激光增益介质内形成粒子数反转，又只需要对应于材料本身泵浦吸收带的波长。反射腔的光谱范围过宽，会造成多余的光谱能量进入激光增益介质，这部分能量不能被激活离子吸收，形成能级粒子数反转，只会沉积在增益介质里形成废热，加重激光器的热效应。

发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术存在的不足而提供一种镀银激光泵浦聚光反射腔的制造方法及由该制造方法制造出的具有波长选择性的高反射率耐久性镀银激光泵浦聚光反射腔。

为达到本发明的目的，本发明采用通过在金属反射腔基底上，针对特定的泵浦吸收带波长，设计具有耐久性、高反射率的反射腔多层复合膜结构，用溅射的方法制备上述多层复合膜层，该多层复合膜由附着层、银反射层、阻隔层和增强型保护膜层组成。该多层复合膜层具有如下功能：（1）有效地提高了银层和基底以及银层和保护膜层间的粘接强度；（2）有效地阻止了银层的硫化、氧化以及与水汽的接触，提高了银反射层的耐久性；（3）对特定吸收带波长，实现了较高的反射率。从而达到提高由该方法制造出的激光器的可靠性，并减少维护次数和成本的目的。

附图说明：

图1 是本发明聚光反射腔体表面多层复合膜的结构图。

图 2是本发明的具体实施例的闪光灯、反射腔与增益介质的关系图。

图3 是本发明的具体实施例的闪光灯光谱示意图。

图4 是本发明的具体实施例的具有波长选择性反射腔的反射率光谱分布示意图。

图5 是本发明的具体实施例的经波长选择性反射后的闪光灯光谱。

图6 是本发明的具体实施例的增益介质吸收谱示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明的聚光腔体表面多层复合膜的结构图。

由图1可知，本发明的聚光腔体表面多层复合膜由附着层、银反射层、阻隔层和增强型保护膜层组成。

本发明的多层复合膜采用通过在金属反射器基底上，按照特定的方案，用溅射的方法镀制多层功能膜层，该多层功能膜层让银层和基底牢固结合的同时具有足够高的反射率。

具体的工艺流程如下：

工序一、金属聚光腔基底处理：

根据金属聚光腔反射腔的形状要求，采用合适的模具，模压成型。一次挤压出聚光腔毛坯，采用无烟化学镜面抛光技术将聚光反射腔表面抛光至镜面水平。

工序二、膜层设计：

基于薄膜光学基本理论，对于含金属和介质材料的多层膜系组合，它的特征矩阵是一个复数矩阵，每个元素都由实部和虚部两部分组成。采用导纳递推来分析多层吸收膜系的特性。整个膜系特征矩阵如公式，

其中，

对于含金属膜层的薄膜系统，它的折射率为复数N1=n1-ik1，那么折射的余弦cosθ1和该金属膜的位相厚度δ1均为包含实数和虚数两部分的复数。基于菲涅尔反射系数，计算光线入射到单层金属薄膜上的反射率：

由此公式可以计算出达到最高反射率时银层的厚度范围，作为下一步设计的基础。

为了避免银膜暴露在环境中发生氧化、硫化等反应，提高银层与金属基底的附着性能，设计多层功能膜层和保护膜层，保护膜层通常采用介质氧化物材料，有效隔绝银层和外界环境的接触反应。由于保护膜层的引入通常会降低银膜的反射率水平，为减少功能膜层对反射率的影响，采用金属加介质的增强反射膜理论，通常根据薄膜理论进行计算，算出一合适的膜层厚度和折射率，达到预期的光谱反射效果，使得该保护膜层同时起到增强局部反射率的作用。以两层介质膜设计为例，在基底上面加两层1/4波长厚度的介质膜，假设紧贴金属的膜层折射率为n2,远离金属的介质层折射率为n1,金属银膜光学常数为n-ik,则在中心波长处的反射率可以由薄膜矩阵求得。

对于单层金属膜，其反射率

当引入双层介质膜层时

当n1>n2 时，

比较两个反射率，可知R*>R

所以采用两层介质膜层材料，可以实现保护膜层的同时提高部分波段光谱反射率。举例来说，可以通过选择不同的n1和n2，使膜层的反射率在450nm以下的增益介质非吸收带具有很低的反射率（可小于10%），而在600nm到900nm的增益介质吸收带则具有较高的反射率，可以达到95%以上。

除保护膜层外，还要有附着层、阻隔层，提高银反射层的稳定性和附着力，同时避免对银反射层反射率的影响。

附着层位于银反射层底层，其作用是提高银反射层和金属基底表面之间的附着力，厚度控制在数十纳米，采用与银元素具有较好亲和力的金属溅射成膜。

阻隔层位于银反射层之上，一般采用氮化硅，阻止银膜在后续氧化物膜层生长过程中发生氧化，以及硫化和其他化学侵蚀；在阻隔层外采用增加一层或几层氧化物膜层，采用高折射率介质膜堆组合，通常为SiO₂/Si₃N₄,基于增强反射膜理论，通过匹配氧化物膜层的等效光学厚度，控制反射膜在短波波段的反射率，同时保护银膜，提高膜层的抗刮擦性能。

附着层和阻隔层的光学薄膜厚度也如同保护膜层，采用薄膜矩阵的方法进行分析和计算。

工序三、溅射镀膜：

采用闭磁场非平衡磁控溅射沉积技术在金属基底上镀制已设计好的反射膜系。按照膜层设计的层数和每层材料组分的不同，在溅射炉内放置不同的金属靶材，按不同的顺序和强度溅射，获得所需要的膜层。

图2 是本发明的具体实施例的闪光灯、反射器与增益介质的关系

图。图3是本发明的具体实施例的闪光灯光谱示意图。图4是本发明的具体实施例的具有波长选择性反射器的反射率光谱分布示意图。图5 是本发明的具体实施例的增益介质吸收谱示意图。图6 是本发明的具体实施例的经过波长选择性反射后的闪光灯光谱。

由图6可见，在本发明的具体实施例中，经过波长选择性反射腔反射后，如图3中的闪光灯光谱中无用成分明显减少，从而提高了激光器的效率。

以上所述仅是本发明的实施例之一，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims

1.一种镀银激光泵浦聚光反射腔的制造方法，包含有：

—— 工序一，无烟化学镜面抛光处理金属聚光腔基底；

—— 工序二，基于金属介质增强型薄膜干涉理论进行耐久性多层复合反射膜结构设计；

—— 工序三，采用溅射沉积技术进行多层复合膜制备。

2. 一种镀银激光泵浦聚光反射腔表面的多层复合膜，由附着层、银反射层、阻隔层和增强型保护膜层组成。

3.一种镀银激光泵浦聚光反射腔，其特征在于，其反射腔表面覆盖有多层复合膜，所述复合膜由附着层、银反射层、阻隔层和增强型保护膜层组成。

4. 一种具有镀银激光泵浦聚光反射腔的激光器，其特征在于，其反射腔表面覆盖多层复合膜，所述复合膜由附着层、银反射层、阻隔层和增强型保护膜层组成。