CN105406336A - 用于高功率激光脉冲的介电反射镜 - Google Patents

Abstract

通过本发明提供了一种介电反射镜(1)，该反射镜在照射有超短波的高功率激光脉冲时一方面具有高的损伤阈值以及另一方面具有群延时色散的大的带宽。根据本发明的介电反射镜(1)包括具有不同折射率的层的序列的叠层(3)，该层序列作用为反射的干涉滤波器，其中这些层由至少三种具有不同损伤阈值的不同材料构成。

Description

用于高功率激光脉冲的介电反射镜

技术领域

本发明主要涉及用于激光的光学系统。本发明特别是涉及用于高功率激光脉冲的反射并具有高损伤阈值的反射镜。

背景技术

对于特别在研究、材料加工中的高功率激光系统来说或者对于核聚变中的应用来说一直都有提高功率的趋势。例如涉及ELI、Apollon和Petawatt项目。

为了始终获得较高的直至Petawatt范围的功率，需要增大脉冲能量以及缩短脉冲持续时间。在此典型的脉冲持续时间在10-200飞秒的数量级。

脉冲持续时间的脉冲不能直接增强，而是必须例如通过光栅扩张至纳秒脉冲长度，以这种形式在活性的激光介质中增强并且随后重新压缩。

此外，这些脉冲没有单一的波长，因而不像通常看到的例如连续照射的激光那样是单色的。与之不同，脉冲由完整的波长光谱构成。这源自频率(波长)和脉冲持续时间之间的傅里叶变换以及源自海森堡的不确定性原理。为了使得纳秒脉冲在增强之后能够重新压缩或者引起光和材料的相互作用，必须同时存在脉冲的所有波长。如果缺少最短波长或最长波长的成分，那么压缩的脉冲不再具有数个飞秒的持续时间，而是明显更长。

但是介质显示出色散，也就是说，不同波长的光速一般不同。由此光谱随时间和空间彼此分离并且不同的光谱组分不再能够共同压缩成一个飞秒脉冲。

为了使飞秒脉冲保持为这样(由此不会彼此分离)、能够将较长的脉冲压缩到飞秒脉冲或者能够使飞秒脉冲在特定位置与材料相互作用，传输该激光脉冲的光学构件应当在足够宽的波长范围内具有尽可能低的色散，也就是说，光脉冲的组分必须传输地同样快。例如短波组分不应比长波组分更慢地穿过色散介质。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种反射镜，该反射镜一方面尽可能好地满足上述在宽的波长范围内的低的群延时色散(GroupDelayDispersion–GDD，接下来仅简单地称为色散)的要求，并且另一方面也适合于反射高强度脉冲和超高强度脉冲。该目的通过权利要求1的技术方案得以实现。本发明的有利设计和扩展方案在各个从属权利要求中给出。

附图说明

接下来参照附图并且更详细地阐述本发明以及本发明基于的技术问题。其中：

图1示意性地示出了穿过色散介质之前和之后的激光脉冲，

图2示出了具有不同涂层材料的两个介电反射镜的光谱反射率(光谱反射比)，

图3和图4示出了介电反射镜的涂层顺序的实施例，以及在反射镜叠层内的光强度(标准化成入射的电场的平方值)，

图5示出了根据本发明的介电反射镜的叠层的实施例，以及激光脉冲在叠层中的光强度分布，

图6和图7示出了不同材料的激光损伤阈值与折射率相关的图，

图8示出了色散体作为根据图3至图5不同叠层的波长的函数，

图9示出了图5中所示实施方式的一个变体，

图10示出了根据另一个实施例的叠层的截面图，

图11示出了具有梯度层的一个实施例，以及

图12示出了色散体的带宽作为用于梯度层系统的不同叠层的波长的函数。

具体实施方式

图1的曲线图再次示意性地说明了色散介质对超短波的、宽带的激光脉冲的影响。特别是在图1中在时间刻度尺上示出了在穿过色散介质之前和之后的激光脉冲2。在穿过之前(时间线上显示在左边)激光脉冲具有特定的持续时间和强度。在穿过之后(显示在右边)各光谱组分在时间刻度尺上分离。例如红色和蓝色组分用“R”或“B”表示并且标记为阴影面。在所示的实施例中介质这样色散，即，短波的光谱组分比长波的光谱组分更慢地穿过介质，从而在穿过之后蓝色的光谱组分在时间上落后于红色的组分。

除了吸收损失和散射损失以外，综合的脉冲能量基本上保留，然而通过激光脉冲2随时间的彼此分离使得最大强度或功率降低。但是恰好脉冲功率对于高功率激光应用来说通常很重要。

为了反射高功率激光脉冲，通常采用介电反射镜(dielektrischeSpiegel，介质反射镜)。

飞秒脉冲反射镜的典型的、示例性的规格例如除了尺寸、平面度(反射的波前)、表面粗糙度之外还能够包括下述：

非常简单的介电反射镜由具有高的和具有低的折射率的一系列层构成，在这些层的分界面上反射一部分光并且与其本身进行干涉，其中层厚恰好等于设计波长的四分之一的光路长度。由此这种反射镜可能仅具有受限的带宽，因为对于明显不同的波长来说需要满足不同的干涉条件。

此时，为了获得更大带宽的反射镜，这例如有利于飞秒激光脉冲的反射，能够采用两种手段。

i)或者提高两个层种类之间的折射率差值，即提高高折射的层和低折射的层之间的折射率差值，或者

ii)采用所谓经“调频”的(zwitschern,英语“chirp”，指频率变化)反射镜，其中各个层厚变化并且一个波长的光在一个区域(例如位于较高的层)中反射而另一波长的光在另一(垂直的)反射镜区域(例如位于较低的层)中反射。

图2根据两个不同介电反射镜的光谱反射率示出了提高折射率差值的效果。

图2中的虚线是SiO₂/HfO₂层系统的反射率，实线是SiO₂/TiO₂层系统的反射率。在TiO₂层和SiO₂层之间的折射率差值大于HfO₂层和SiO₂层之间的差值。由此如由图2可以看出，SiO₂/TiO₂层系统的带宽明显更大。另一方面，TiO₂相对于HfO₂具有明显更小的激光损伤阈值。

这两种反射镜种类因此对于作为高功率超短脉冲反射镜的应用来说都具有明显的缺陷(在之后的段落中描述为“窘境(Dilemmas)”)。在介电反射镜的层组合(Schichtpaket)中形成静止的波，从而在一些位置上形成增大的电场/提高的光强度。最大值是与激光损伤阈值相关的预定断裂位置。在分界面上的损伤阈值通常低于在层内部的损伤阈值。

多光子吸收导致介质的能量吸收以及在充足的功率下介质的损伤。介质的稳定性如何很大程度上取决于介质的带隙。在具有较大带隙的材料中的损伤阈值通常比在具有较小带隙的材料中更高。因此SiO₂也比具有较高折射率的材料更稳定。

在较适合于高能飞秒脉冲(或者纳秒脉冲，其应当压缩至飞秒)的介电反射镜中因此也应当

-反射率高，

-反射率的带宽大，

-群延时色散小，

-群延时色散的带宽大，

-电场的最大值小，

-材料具有大(宽)的带隙，

-大的电场位于较大带隙的材料中，

-大的电场不在分界面上而是在层内部。

通过上述前提现产生例如高折射材料TiO₂的数个窘境：

-TiO₂有利于高的反射率(由于大的折射率)，

-TiO₂因此也有利于大的带宽，参见图2，

-TiO₂有利于小的色散。

例如TiO₂所具有的高折射率意味着，较少的层参与反射并且由此不同波长的波的路径差(色散)较小。

但是TiO₂不利的是因为带隙和损伤阈值低。

-HfO₂或Sc₂O₃是有利的，因为带隙和损伤阈值较大。

-另一方面HfO₂或Sc₂O₃是不利的，因为折射率较小。

通过SiO₂/TiO₂反射镜能够满足激光损伤阈值的规格并且通过SiO₂/HfO₂反射镜不能满足色散带宽的规格。

图3为此示出了在由交替的SiO₂/TiO₂层构成的介电反射镜中电场强度(该电场强度与光强度成比例)的平方的分布或走势6。这些层相应地用“SiO₂”或“TiO₂”标识，层之间的分界面用虚线标记。在图3以及接下来的图中给出场强的走势6，用于设计波长或者具有激光脉冲的强度最大值的波长。在激光脉冲的光谱上结合的总强度的走势在此没有明显偏差，从而观察设计波长是足够的。

特别是图3示出了多层SiO₂/TiO₂反射镜的上面八个层。反射镜的表面位于深度为零处，反射镜的周围环境在零点右侧。在左侧的比900纳米更深的深度中(图3中没有示出)还有另外的SiO₂和TiO₂层并且最后是基体，介电反射镜的各个层沉积在该基体上。

在此这样选择层厚，即，电场最大值移入顶上第二层的SiO₂层中。该最大值大约为入射波强度的75％并且位于表面以下大约150nm的深度处。在位于其上的TiO₂层中最大值位于分界面且在大约30％处(大约70nm的深度处)。为了在此进一步提高损伤阈值，还可使多个层的层厚相匹配，将强度最大值进一步从最上面的TiO₂层移开，从而该比例变为1:3至1:6。

由Bellum等人的“Reactive,Ion-AssistedDepositionofE-BeamEvaporatedTiforHighRefractiveIndexTiO2LayersandLaserDamageResistant,BroadBandwidth,HighReflectionCoatings”，AppliedOptics，第53(4)卷，A205–A211已知，通过HfO₂来代替介电反射镜的高折射的TiO₂层，在该层中出现最大电场。

为了获得比图3中所示的反射镜所具有的损伤阈值更高的损伤阈值，例如可以通过HfO₂层来代替上面的两个或三个TiO₂层，但不是所有的TiO₂层，从而在这些具有相当大的电场的层中的电场由更稳定的材料承载。

图4为此示出了这种介电反射镜的层序列的一个实施例，以及在叠层内部的光强度。

在该实施例中电场的最大值为：在SiO₂层内部的90％处(大约150nm)和在SiO₂-HfO₂分界面上的HfO₂层中的40％处(大约70nm)。在此的损伤阈值已经高于图3的层图实施例中的损伤阈值，因为部分地替代TiO₂而使用了HfO₂并且HfO₂具有更高的损伤阈值。然而这又降低了带宽或者提高了色散度。

根据本发明的介电反射镜此时包括具有不同折射率的一系列层(层的序列)的叠层，这些层优选具有交替更高和更低的折射率，这些层作用为反射的干涉滤光器，其中这些层由至少三种具有不同损伤阈值的不同材料构成，其中这三种材料中的第一材料具有最低的折射率，而第二材料具有比第三材料更高的损伤阈值，其中在叠层内部至少有一个层14通过第二和第三材料构成并且其中层14的组成(图5)在垂直于其分界面的方向上变化，从而在层14的分界面140上具有第二材料并且在层14的相对的分界面141上具有第三材料，其中这样选择组成的变化，即，穿过叠层3的并且由介电反射镜1反射的激光脉冲2的静止波在第二材料中的光强度高于在第三材料中的光强度。

本发明的一个能够简单制造的并且优选的扩展方案在于，具有第二和第三材料的层14包括两个分层(Lagen，层)或层(Schichten)，其中的一个层是第二材料层而另一个层是第三材料层。第二和第三材料的分层或层优选彼此相继(Aufeinanderfolgende)，因此具有共同的分界面。换言之，层14组成的变化在此在第二材料层到第三材料层的过渡中是不连续的组成变化。第二和第三材料的层因而形成高折射的层14的子层(Sub-Schichten)。

这些分层的顺序相应地这样选择，即，穿过叠层并且由介电反射镜反射的激光脉冲的静止波在第二材料分层中的光强度高于在第三材料分层中的光强度。

损伤阈值理解为入射到材料上的激光脉冲的单位面积能量(能量/面积)，在该损伤阈值之上各个材料被损坏。

第二和第三材料的分层因此是成对的。两个分层结合能够相应共同地看成为一个高折射的层14，其中高折射和低折射的层在叠层中交替。

一般来说，不仅仅第二材料的损伤阈值高于第三材料的损伤阈值。而第二材料也优选具有比第三材料低的折射率。如前所述，这通常由各个材料的带隙决定。伴随高的带隙通常不仅有较高的损伤阈值，而且也伴随较小的折射率。

场强或与场强的平方成比例的光强度的分布在此也大致取决于波长。但是前述的条件总是特别适用于这样的激光脉冲，该激光脉冲的平均波长对应于介电反射镜的设计波长。可能情况下，当介电反射镜设计用于特定的例如大约45°的入射角和S极性时，也需要考虑激光脉冲的入射角和极性。

在图4中所示的实施例中虽然同样使用三种不同的材料，但具有较低损伤阈值的材料不是彼此相继的。

但是图3和图4的实施例也具有这样的特征，该特征同样有利于根据本发明的介电反射镜。由此接下来进行详细描述。

此时，图5示出了根据本发明的介电反射镜1的叠层3的一个实施例，以及激光脉冲在叠层3中的光强度分布。通常介电反射镜1除了叠层3之外还包括基体，叠层3沉积在该基体上。因为图5仅示出了其表面在深度为0nm处的叠层3的一部分，所以没有示出基体。

该实施例基于：高折射层的其中光强度超过特定值(例如在所示实施例中大约20％的值)的部分由HfO₂构成，剩余部分由TiO₂构成。由此电场的最大值为：SiO₂层内部的80％、在HfO₂层中在SiO₂-HfO₂分界面上的35％以及在TiO₂层中在TiO₂-HfO₂分界面上的20％。由此最佳地利用了两种高折射的材料特性。

本发明当然并不局限于特定示出的实施例以及在此使用的材料。例如替代HfO₂可以使用其他的具有相比于TiO₂更高的损伤阈值的材料或者多种此类材料的混合物。在该实施例中SiO₂层构成第一材料的层11，HfO₂分层构成第二材料的分层12，并且最后TiO₂层构成第三材料的分层13。彼此相继的第二和第三材料的分层12、13相应构成一个层14，该层的组成在垂直于其分界面的方向上变化，从而在层14的一个分界面140上具有第二材料并且在层14的相对的分界面141上具有第三材料。通过分层12、13的序列这样选择层14的组成变化，即，穿过叠层3并且由介电反射镜1反射的激光脉冲2的静止波在第二材料、即这里特别是在分层12中的光强度高于在第三材料、或者说这里在分层13中的光强度。

根据本发明的一个扩展方案，此外通常有利的是，在叠层内部使第一和第二材料的层彼此相继至少两次。这样是有利的，因为高功率激光脉冲的场强通常在一些层的一定深度才减小至第三材料的损伤阈值以下的值。

在图5所示的实施例中恰好设有两次彼此相继的分层12、13，这两个分层构成具有第二和第三材料的一个层14。特别是从最上层开始数的第二和第三以及第五和第六分层是此类彼此相继的分层对，其中第二和第五分层由第三材料构成并且第三和第六分层由第二材料构成。但是根据叠层的结构或者对待反射的脉冲强度的要求也能够使用两个以上的此类第二和第三材料分层序列或对，或者使用两个以上的层14。

为了使得第二和第三材料的层12、13的组合能够有效地提高介电反射镜的损伤阈值和色散的带宽，进一步有利的是，用于层12的材料的损伤阈值尽可能高且用于层13的第三材料的折射率尽可能高。根据本发明的一个扩展方案，在此设置成，第二材料的损伤阈值是第三材料的损伤阈值的至少1.5倍，优选至少2倍。在图5的实施例中作为第二材料的HfO₂的损伤阈值是TiO₂的损伤阈值的大约2.3倍。

为了提高损伤阈值，如上所述地设置成，由第二和第三材料构成的分层12、13的序列这样进行选择，即，穿过叠层的激光脉冲或在此形成的静止波在由第二材料构成的一个或多个分层12中的光强度高于在由第三材料构成的分层13中的光强度。因此在图5所示的实施例中光强度的最大值在分层12附近，而邻接分层12的分层13在朝向反射镜表面倾斜的侧边上位于较低光强度的区域中。

对于层11、14来说不仅仅关注在图5的实施例中所使用的材料SiO₂、HfO₂和TiO₂。

图6对此示出了与折射率相关的、针对不同氧化材料的激光损伤阈值。该图给出了对于选择叠层的合适材料的依据。在所示的材料中SiO₂具有最高的损伤阈值和低的折射率。该材料因此特别适合作为第一材料。

作为具有最低折射的第一材料，除了SiO₂以外也可以例如使用氧化铝(Al₂O₃)，以及氟化物，例如氟化铝(AlF₃)、氟化镁(MgF)、氟化钡(BaF₂)、氟化钙(CaF₂)、氟化钇(YF₃)、氟化镱(YbF₃)、氟化铈(CeF₃)、氟化镝(DyF₃)、氟化钆(GdF₃)、氟化镧(LaF₃)、氟化钍(ThF₄)和氟化铝钠(Na₃AlF₆)。同样可能的是上述材料的混合物或者这些材料掺杂有其他元素或化合物。

适合作为第三材料的非常高折射率的材料除了提到的氧化钛(TiO₂)之外还有氧化铌(Nb₂O₅)、氧化锆(ZrO₂)和氧化钽(Ta₂O₅)以及硫化锌(ZnS)、氧化锌(ZnO)和硒化锌(ZnSe)或包含这些材料中至少一种的混合物。另一种适合的组合例如为，SiO₂作为第一材料，HfO₂作为第二材料而Ta₂O₅作为第三材料。同样地，这些材料可以以单纯的形式使用，或者也可以以混合氧化物和/或通过掺杂使用。

除了提到的HfO₂另外还有Sc₂O₃特别适合作为第二材料。也可以使用氧化钽(Ta₂O₅)。其他合适的材料是氧化镁(MgO)、氧化钇(Y₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)和氧化锌(ZnO)。

非常适合的组合为，SiO₂作为第一材料，Ta₂O₅作为第二材料而TiO₂作为第三材料。例如在前述的两个实施例中可见，具有这样的材料，该材料根据相应的其他材料既可以用作第二材料也可以用作第三材料。在前述的两个实施例中Ta₂O₅一次作为第二材料，一次又作为第三材料。这同样适用于氧化锌。

Sc₂O₃在近乎同样的折射率情况下具有比HfO₂更高的损伤阈值，但它是非常昂贵的涂层材料，其粗糙度还很难控制。在此根据一个扩展方案也可以使用具有Sc₂O₃和/或HfO₂的混合物、或者两种材料的混合氧化物、以及其他的优选氧化材料的混合物作为第二材料的组分。为了获得具有比第三材料更高损伤阈值的第二材料，也能够考虑的是，使用第一和第二材料的混合物或化合物。由此第二材料例如可以是第一和第三材料的混合氧化物或者包含该混合氧化物。同样能够考虑第一材料和非常适合用于第二层的材料的混合物(例如作为第一材料：SiO₂，第二材料：SiO₂：HfO₂和第三材料：TiO₂的组合)。因此根据本发明的一个扩展方案设置成，第二材料包含第一和第三材料作为组成部分。在此特别简单的是，第二材料是第一和第三材料的混合物。在此第一和/或第三材料也可以反过来作为至少两种组分的混合物存在。如果例如为第一材料选择AlF₃和SiO₂的混合物而为第三材料选择TiO₂与ZrO₂的混合物，那么第二材料成为第一和第三材料的混合物而且在该情况下包含所有四种组分AlF₃、SiO₂、TiO₂、ZrO₂。

但是必要情况下，除了第一和第三材料的组分以外也可以添加一种或多种其他的组分。

通过混合不同的组分能够使材料在损伤阈值方面按预定的方式匹配场强走势。图7的绘图示出了两种混合物的示例，一种是SiO₂和Nb₂O₅的混合物而第二种实施例是SiO₂和ZrO₂的混合物。图7中还相对于各个折射率示出了原材料SiO₂、ZrO₂和NbO₂的损伤阈值。混合物SiO₂/ZrO₂和SiO₂/Nb₂O₅的损伤阈值对应于不同的混合比例示出。在这两种混合物中折射率随着SiO₂含量增加而降低，而同时激光损伤阈值增大。通过这种走势可以根据叠层中的位置和该位置中的光强度或者场强来选择混合比例。

一般来说有利的是对带宽不连续使用这三种材料。如在图3至图5所示的实施例中，叠层还能够具有第一和第三材料的层11、13的交替序列。该第一和第三材料的层交替序列特别布置在第二和第三材料的层序列下方，因为这里的光强度较低。在图5所示的实施例中，第一和第三材料的层11、13序列从表面以下的第七层开始，即在第二材料的最下层12的下方。

此外有利的是，如图3至图5中所示的实施例，这样设置叠层的层11、12、13的层厚，即，在叠层内部光强度的最大值5、可能情况下还有光强度的第二大值(第二最大值)位于该层分界面之间第一材料的层11中。因此将最大场强的位置置于具有最高的损伤阈值的材料中。在图3和图4所示的实施例中该层是叠层从最上层开始数的第三层，SiO₂分层，也是SiO₂层。该层组合在此仅示例性地由SiO₂层覆盖。这种反射镜也可以同时由高折射的层、例如层13封闭。SiO₂层作为叠层的封闭层特别有利于保护叠层的表面。

图5的实施例的设计在这方面相似，其中第二高折射的层划分成两个以根据本发明的第二和第三材料的层11、12序列形式的部分层。由此具有光强度最大值的第一材料的层11在此为最上第四个分层。

例如根据图3至图5可见，在高折射的层中场强的最大值和最小值都通常处于该层的分界面上。这一方面有利于提高反射镜的损伤阈值并且同时有利于改善反射率和带宽。

为了使激光脉冲的光强度的最大值5移入第一材料的层11中，优选为该层11设置比第一材料的另外的层11更高的层厚。

根据本发明的另一个扩展方案，在图3至图5的实施例中也实现了，这样选择叠层3的层顺序和层厚，即，在介电反射镜的表面上光强度具有最小值。该最小值不必精确地位于表面上，如所示的实施例那样。然而有利的是，在表面上的光强度不超过光强度的最高的最大值的10％。通过该扩展方案实现了，具有较低损伤阈值的表面的污染或缺陷不会导致反射镜的损坏。

为了构造根据本发明的介电反射镜，可以求出损伤阈值和电场值之间的比例并且随后这样选择层厚，即，在各种材料中的电场刚好如此大，使得优选地不再具有预定断裂位置。理想的是在每种材料的所有最大值和分界面上的损坏几率相同。可能情况下不必精确地满足该条件。相比较而言，通常当由相应的第二和第三材料的损伤阈值构成的比例与层中的最大光强度构成的比例彼此偏差最大25％时就足够。

在此对于叠层内部的位置来说不再需要该条件，在这些位置上光强度的最大值位于第三材料的损伤阈值以下。在图5所示的实施例中上述条件适用于叠层的这些区域，光强度的两个最高的最大值都在该区域中。第三大值已经具有位于第三材料、即这里为TiO₂的损伤阈值以下的场强。

因此优选这样构建该叠层，即，上述的比例偏差最高25％的条件适用于最上的两个由第二和第三材料构成的层12、13的序列。根据该实施方式的一个扩展方案，这也适用于由第一材料构成的层11，在该第一材料中出现最高的光强度。

分别由两个层12、13组成并且其中电场超过特定值(在图5的实施例中为大约20％)的高折射层的部分由HfO₂构成，剩余的由TiO₂构成。由此根据该实施例电场的最大值是在SiO₂层11内部的80％，在SiO₂-HfO₂分界面上在HfO₂层12中的35％以及在TiO₂-HfO₂分界面上在TiO₂层中的20％。由此最佳地利用了两个高折射材料的特性。

根据图8描述了，层的这种构造如何作用于色散。图8为此示出了群延时色散(GDD)作为三个不同叠层波长的函数。曲线20(短虚线)表示如图2所示的SiO₂/TiO₂叠层的色散。曲线21(长虚线)是根据图4的叠层的色散，在图4的叠层中，起始于图3中所示的实施例，最上两个TiO₂层由HfO₂层替代。最后曲线22(实线)是具有根据图5的层序列的、根据本发明的介电反射镜的色散。

曲线20示出了非常好的带宽，但是对应的具有SiO₂/TiO₂叠层的介电反射镜具有低的损伤阈值。当高折射的层各自由一种材料构成时，曲线21是带宽的最佳情况。高折射的层或者仅由TiO₂构成或者电场高的地方仅由HfO₂构成。曲线22示出了一种色散，其中如根据本发明设置的那样，高折射的层分成HfO₂和TiO₂(层)。损伤阈值大致与根据图4的反射镜中的一样。但是根据曲线21的色散的带宽几乎与曲线20中的一样大。

关于-50至50fs²的色散中的带宽，在具有对应色散曲线20至22的图3至图5的实施例中给出以下值：

通过根据本发明的介电反射镜的层布置，由此在图5所示的实施例中获得大于10nm的色散带宽(在-50至50fs²的范围内)，而损伤阈值保持相同。

图9示出了图5中所示实施方式的一个变体。在该变体中只有一个高折射的层14设有第二和第三材料。如图5中所示的实施例，该层14由两个彼此相继的、由第二或第三材料构成的层12、13组成。叠层3的最上面的高折射层在此不是通过具有第二和第三材料的层14构成，而是通过由第二材料构成的单个层构成。虽然该材料(在此又是HfO₂)相对于第三材料(在此为TiO₂)具有较低的折射率，但是这个具有相对于第三材料稍微较低折射率的层对色散的影响比较少。但是为此简化了层构造。对于本发明的这个实施方式来说一般满足下述，但不局限于特定示出的实施例：高折射和低折射的层在叠层中交替，其中，还是在叠层3内部至少有一个层14通过第二和第三材料这样构成，即，层14的组成在垂直于其分界面的方向上变化，从而在层14的分界面140上具有第二材料而在层14的相对的分界面141上具有第三材料，并且其中设有至少一个具有第二材料的层12，该层邻接在第一材料的层11上，但不是邻接在第三材料的层13上。因此第二材料的最后一层构成高折射的单个层。

另外，本发明并不局限于通过两个具有不同激光损伤阈值的层12、13来替代一个高折射的层。也有这样的可能性，即，延续第二和第三材料的层序列。换言之，第二和第三材料的分层12、13的序列可以是具有第四材料的分层、可能情况下第五材料的另一分层以及以此类推的延续序列的组成部分。在此适宜的是，如果在层14内部没有场强的最大值，那么在第二材料的分层序列中的激光损伤阈值朝另外材料的分层逐渐降低并且折射率优选增高。

图10为此示出了叠层3的一个实施例，在该实施例中高折射的层14不仅具有第二和第三材料的层12、13，而且额外地具有第四材料的层16和第五材料的层17。

通常来说并且不局限于该实施例地，因此根据本发明的一个扩展方案设置成，具有第二和第三材料的层14包括两个层12、13，其中的一个层12是第二材料的层而另一个层13是第三材料的层，并且其中具有第二和第三材料的层14包含另一材料的至少另一个层。在此优选层14的所有材料的激光损伤阈值是不同的并且优选这样选择在层14内部的层序列，即，层材料的激光损伤阈值沿着一个方向逐渐增大。

另外，可以通过不同数量的高折射材料来替代高折射的层。由此例如第一高折射的区域可以是由三种高折射材料构成的组合而且之后的替代可以仅由两种高折射的材料构成。

在目前为止描述的本发明的实施方式中，层14通过具有不同激光损伤阈值的层的序列构成。换言之，在该实施方式中，具有第二和第三材料(以及可能情况下其他材料)的层14是介电反射镜1的叠层3内部的子叠层。但是另一方面，如根据图7明显可见，通过组合两种具有不同损伤阈值的材料使得激光损伤阈值与这两种材料的混合比例相关地连续变化，其中通常也产生折射率的连续变化。因此根据本发明的另一实施方式设置成，在具有第二和第三材料的层14内部第二和第三材料以混合的方式存在，其中在垂直于层14的分界面140、141的方向上第二和第三材料的含量比例至少沿着一个纵向区段而连续变化。为此图11示出了一个实施例。

还例如在其他的实施方式中，层14的组成在垂直于该层分界面140、141的方向上变化，从而在层14的分界面140上具有第二材料7而在层14的相对的分界面141上具有第三材料8。但是不同于目前为止描述的实施方式，组成的变化在此是连续的。这在图11所示的实施例中通过用阴影线标记的第三材料8示出，该第三材料的密度在从分界面141朝向分界面140的方向上减小。在此在分界面141上具有第三材料，在相对的分界面140上具有第二材料。该实施方式也可以与其他的、目前为止描述的具有不连续层12、13的实施方式相结合。由此例如可以在第二和第三材料的层12、13之间设有具有组成连续变化的过渡区域。

最后图12示出了色散的带宽作为用于梯度层系统的不同叠层的波长的函数。在此该梯度层系统是图11中示出的梯度层系统。作为波长函数的色散非常类似于图8中示出的色散。

曲线30(短虚线)、曲线31(长虚线)和曲线32(实线)代表具有连续变化组成的梯度层系统的色散。

曲线30涉及SiO₂/TiO₂梯度层系统，曲线31涉及具有HfO₂层的梯度层系统，而最后曲线32涉及根据本发明的介电反射镜的色散。

附图标记列表

1介电反射镜

2激光脉冲

3叠层

5光强度的最高的最大值

6电场强度的平方的走势

7第二材料

8第三材料

11第一材料的层

12第二材料的层

13第三材料的层

14具有第二和第三材料的层

16第四材料的层

17第五材料的层

20、21、22色散曲线

30、31、32色散曲线

Claims (13)

1.一种介电反射镜(1)，所述反射镜包括具有不同折射率的层的序列的叠层(3)，所述层的序列作用为反射的干涉滤波器，其中这些层由至少三种具有不同损伤阈值的不同材料构成，其中所述损伤阈值是入射到材料上的激光脉冲的每单位面积的能量，在该每单位面积的能量之上该材料被损坏，其中所述三种材料中的第一材料具有最低的折射率和最高的损伤阈值，并且第二材料具有比第三材料更高的损伤阈值，其中在所述叠层(3)内部至少有一个层(14)由第二和第三材料构成并且其中所述层(14)的组成在垂直于所述层分界面的方向上变化，从而在所述层(14)的一个分界面(140)上具有第二材料并且在所述层(14)的相对的分界面(141)上具有第三材料，其中这样选择所述组成的变化，即，穿过所述叠层(3)并且由所述介电反射镜(1)反射的激光脉冲(2)的静止波在第二材料中的光强度高于在第三材料中的光强度。

2.根据前述权利要求所述的介电反射镜，其特征在于，具有第二和第三材料的所述层(14)包括两个层(12、13)，其中的一个层(12)是第二材料的层并且另一个层(13)是第三材料的层。

3.根据前一项权利要求所述的介电反射镜，其特征在于，在具有第二和第三材料的所述层(14)中第二和第三材料的层(12、13)彼此相继，其中这样选择所述层(12、13)的序列，即，穿过所述叠层(3)并且由所述介电反射镜(1)反射的激光脉冲(2)的静止波在第二材料的层中的光强度高于在第三材料的层(13)中的光强度。

4.根据前两项权利要求中任一项所述的介电反射镜，其特征在于，具有第二和第三材料的所述层(14)包含另一材料的至少另一层(16、17)，其中优选这样选择所述层(12、13、16、17)的序列，即，所述层(12、13、16、17)的材料的激光损伤阈值沿着一个方向逐渐增加。

5.根据前述权利要求中任一项所述的介电反射镜(1)，其特征在于，这样选择第二和第三材料，即，所述第二材料的损伤阈值是所述第三材料的损伤阈值的至少1.5倍，优选至少2倍。

6.根据前述权利要求中任一项所述的介电反射镜(1)，其特征在于，具有至少一个下述特征：

-所述第一材料包括下述材料中的至少一种：SiO₂、MgF、AlF₃、BaF₂、CaF₂、YF₃、YbF₃、CeF₃、DyF₃、GdF₃、LaF₃、ThF₄、Na₃AlF₆、Al₂O₃；或者是包含上述材料中至少一种的混合物，

-第二材料包括下述材料中的至少一种：HfO₂、Sc₂O₃、Ta₂O₅、Y₂O₃、ZrO₂、MgO、ZnO，

-第二材料包含第一和第三材料作为组成部分，

-第三材料包括下述材料中的至少一种：TiO₂、Nb₂O₅、Ta₂O₅、ZrO₂，或者包含这些材料中至少一种的混合物。

7.根据前述权利要求中任一项所述的介电反射镜(1)，其特征在于，所述叠层(3)另外具有第一和第三材料的层(11、13)的交替序列。

8.根据前述权利要求中任一项所述的介电反射镜(1)，其特征在于，这样设置所述叠层的所述层(11、12、13)的层厚，即，激光脉冲(2)在所述叠层(3)内部的光强度的最高的最大值(5)在第一材料的层(11)中位于所述层(11)的分界面之间。

9.根据前一项权利要求所述的介电反射镜(1)，其特征在于，具有激光脉冲(2)的光强度最高的最大值的所述层(11)比第一材料的其它层(11)具有更大的层厚。

10.根据前述权利要求中任一项所述的介电反射镜，其特征在于，这样构建所述叠层(3)的所述层，即，对于由第二和第三材料构成的层(12、13)的最上面的两个序列来说，由相应的第二和第三材料的损伤阈值构成的比例与由所述层(12、13)中的最大光强度构成的比例彼此偏差最大25％。

11.根据前述权利要求中任一项所述的介电反射镜(1)，其特征在于，这样选择所述叠层(3)的层序列和层厚，即，在所述介电反射镜(1)的表面上光强度具有最小值或者在表面上的光强度不超过光强度最高的最大值的10％。

12.根据前述权利要求中任一项所述的介电反射镜(1)，其特征在于，在所述叠层(3)中具有至少一个第二材料的层(12)，所述层邻接于第一材料的层(11)，但不邻接于第三材料的层(13)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的介电反射镜，其特征在于，在具有第二和第三材料的所述层(14)内部，所述第二和第三材料以混合的方式存在，其中在垂直于所述层(14)的分界面(140、141)的方向上，所述第二和第三材料的含量比例至少沿着一个纵向区段而连续变化。