CN106443848A - 一种宽带激光薄膜反射镜 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学薄膜技术领域,具体涉及一种宽带激光薄膜反射镜,以及使用该反射镜的固体染料可调谐激光器。本发明采用双面薄膜的方法,反射镜带宽大于300nm,通过合理选择高、低折射率薄膜的光学厚度系数和基本组合的重复次数,有助于提高宽带反射率,同时兼顾薄膜应力致面形误差变化的控制。本发明的宽带激光薄膜反射镜能够提高400nm‑700nm波长范围的反射率,可应用在固体染料可调谐激光器中。
Description
技术领域
本发明属于光学薄膜技术领域,具体涉及一种宽带激光薄膜反射镜,以及使用该反射镜的固体染料可调谐激光器。
背景技术
自1960年红宝石激光器发明以来,为了实现激光波长的调谐输出,人们积极探索可调谐激光介质,在可调谐激光器的前沿研究技术中,主要有固体染料可调谐激光器(调谐范围400-700nm)和全固态钛宝石可调谐激光器(调谐范围600nm-1200nm)。其中,固体染料激光器具有波长调谐范围宽、吸收和增益容易控制、激光转化效率高和输出功率高等特点,在激光光谱研究、大气监测雷达、激光医疗、水下探测、分离同位素以及工业加工等领域具有广泛应用。固体染料激光器的制备方法较多,一般采用溶胶-凝胶的方法将有机激光染料均匀掺杂在有机或无机基质中,再通过改性提高材料的光、热、力等性能。宽带激光反射镜是构成激光谐振腔的重要元件,其表面宽带高反射膜决定了激光输出的波长范围和激光强度等。
高反射镜一般采用高、低折射率的薄膜交替沉积在基底表面,高反射镜的带宽取决于薄膜的等效折射率,理论上折射率差别越大的两种材料,其构成的薄膜反射镜带宽就越大。目前,所有薄膜材料均不能满足在可见光波段中带宽大于300nm的反射镜需求,一般采用反射带叠加的方法实现反射带展宽。反射带展宽通常选择将两个反射带的薄膜叠加在基板表面上,但由此会容易出现两种情况:一种情况是由于膜层厚度增加导致基板的表面形变增加,影响到激光传输的波前继而影响光束质量;另一种情况则是膜层应力大导致膜层容易脱落。基于上述两个原因,如何在实现带宽大于300nm的同时、保持高反射率和低面形变化是宽带反射镜的重要问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种宽带激光薄膜反射镜,以解决如何在实现带宽大于300nm的同时、保持高反射率和低面形变化的技术问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题,本发明提出一种宽带激光薄膜反射镜,该反射镜包括基底,基底的两个表面分别记为A面和B面,A面为激光入射工作面;A面和B面均具有多层反射膜,多层反射膜的基本组合均为一对高、低折射率薄膜,m为基本组合的重复次数,根据对反射率的要求确定m值;反射膜对应的中心波长为λ0;H和L分别代表高、低折射率材料的λ0/4光学厚度;
A面的多层反射膜的膜系结构为:基底/α(H L)^mβ(H L)^m/空气,其中α和β分别为A面的基本组合的两个光学厚度系数,单位光学厚度为λ0/4;
B面的多层反射膜的膜系结构为:基底/α’(H L)^mβ’(H L)^m/空气,其中α’和β’分别为B面的基本组合的两个光学厚度系数,单位光学厚度为λ0/4;
根据反射镜对带宽的要求确定α、β、α’和β’的值,且满足以下关系:α+β=α’+β’,α>β,α’>β’,α、β、α’、β’均为大于或等于1且小于或等于2。
进一步地,基底材料为对400nm-700nm波段透明的材料。
进一步地,基底材料为熔融石英。
进一步地,高折射率材料为Ta2O5,低折射率材料为SiO2。
进一步地,400nm<λ0<450nm,m为等于或大于11。
进一步地,λ0=425nm,m=11,
进一步地,α=1.6,β=1,α’=1.4,β’=1.2。
进一步地,对于工作波长在400nm-700nm的激光,反射镜的平均反射率大于99.78%,最低反射率为99.20%,反射带波纹度为0.747%。
此外,本发明还提出一种固体染料可调谐激光器,包括上述宽带激光薄膜反射镜。
进一步地,激光器的光谱调谐范围为400nm-700nm。
(三)有益效果
本发明采用双面薄膜的方法,反射镜带宽大于300nm,通过合理选择高、低折射率薄膜的光学厚度系数和基本组合的重复次数,有助于提高宽带反射率,同时兼顾薄膜应力致面形误差变化的控制。本发明的宽带激光薄膜反射镜能够提高400nm-700nm波长范围的反射率,可应用在固体染料可调谐激光器中。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中宽带激光薄膜反射镜结构;
图2为本发明具体实施方式中两种薄膜材料的折射率;
图3为本发明具体实施方式中A面的光谱反射率;
图4为本发明具体实施方式中B面的光谱反射率;
图5为本发明具体实施方式中反射镜的整体光谱反射率。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚,下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明具体实施方式公开一种宽带激光薄膜反射镜,反射镜结构如图1所示。反射镜的基底材料为熔融石英。基底的两个表面分别记为A面和B面,A面为激光入射工作面。A面和B面均具有多层反射膜,多层反射膜的基本组合均为一对高、低折射率薄膜,高折射率材料为Ta2O5,低折射率材料为SiO2。两种薄膜材料对于不同波长的折射率,如图2所示。基本组合的重复次数m=11。反射膜对应的中心波长为λ0=425nm,H和L分别代表高、低折射率材料的λ0/4光学厚度。
A面和B面的高、低折射率薄膜的光学厚度系数分别为α=1.6,β=1,α’=1.4,β’=1.2。
A面的多层反射膜的膜系结构为:基底/(1.6H 1.6L)^11(1H1L)^11/空气。A面的光谱反射率,如图3所示。A面的多层反射膜物理厚度为3441.8nm。
B面的多层反射膜的膜系结构为:基底/(1.4H 1.4L)^11(1.2H1.2L)^11/空气。B面的光谱反射率,如图4所示。B面的多层反射膜物理厚度为3441.8nm。
宽带激光薄膜反射镜的整体光谱反射率,如图5所示。由图5可见,对于工作波长在400nm-700nm的激光,反射镜的平均反射率为99.78%,最低反射率为99.20%,反射带波纹度为0.747%。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种宽带激光薄膜反射镜,其特征在于,所述反射镜包括基底,所述基底的两个表面分别记为A面和B面,所述A面为激光入射工作面;所述A面和所述B面均具有多层反射膜,所述多层反射膜的基本组合均为一对高、低折射率薄膜,m为所述基本组合的重复次数,根据对反射率的要求确定m值;所述反射膜对应的中心波长为λ0;H和L分别代表高、低折射率材料的λ0/4光学厚度;
所述A面的多层反射膜的膜系结构为:基底/α(H L)^mβ(H L)^m/空气,其中α和β分别为所述A面的所述基本组合的两个光学厚度系数,单位光学厚度为λ0/4;
所述B面的多层反射膜的膜系结构为:基底/α’(H L)^mβ’(H L)^m/空气,其中α’和β’分别为所述B面的所述基本组合的两个光学厚度系数,单位光学厚度为λ0/4;
根据所述反射镜对带宽的要求确定α、β、α’和β’的值,且满足以下关系:α+β=α’+β’,α>β,α’>β’,α、β、α’、β’均为大于或等于1且小于或等于2。
2.如权利要求1所述的反射镜,其特征在于,所述基底材料为对400nm-700nm波段透明的材料。
3.如权利要求2所述的反射镜,其特征在于,所述基底材料为熔融石英。
4.如权利要求3所述的反射镜,其特征在于,所述高折射率材料为Ta2O5,低折射率材料为SiO2。
5.如权利要求4所述的反射镜,其特征在于,400nm<λ0<450nm,所述m为等于或大于11。
6.如权利要求5所述的反射镜,其特征在于,λ0=425nm,m=11。
7.如权利要求6所述的反射镜,其特征在于,α=1.6,β=1,α’=1.4,β’=1.2。
8.如权利要求7所述的反射镜,其特征在于,对于工作波长在400nm-700nm的激光,所述反射镜的平均反射率大于99.78%,最低反射率为99.20%,反射带波纹度为0.747%。
9.一种固体染料可调谐激光器,其特征在于,包括上述任一项权利要求所述的宽带激光薄膜反射镜。
10.如权利要求9所述的激光器,其特征在于,所述激光器的光谱调谐范围为400nm-700nm。
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