CN202815247U - 激光反射镜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种激光反射镜，包括基底层，所述基底层上依次设有由多层四分之一光学厚度薄膜层构成的高反射膜堆、由多层二分之一光学厚度薄膜层构成的连接膜堆、由多层四分之一光学厚度薄膜层构成的激光抵抗膜堆和由多层二分之一光学厚度薄膜层构成的保护膜堆。本实用新型的有益效果是，设有激光抵抗膜堆，可以有效的将激光对反射膜堆的损伤降低，因此高反射膜堆可以充分的发挥其高反射的能力而不必考虑激光损伤，这样可以使得高反射膜堆选择使用适当的薄膜材料完成高反射的任务，可以减少薄膜的层数同时又能达到传统激光反光镜的要求，使得本实用新型的激光反光镜总体的镀膜厚度降低，节省材料，同时因降低镀膜的层数而提高生产的速度。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光反射镜领域，尤其涉及一种具有高损伤阈值高反射率的激光反射镜。
背景技术
在高功率激光系统中，光学薄膜是一个非常重要而又是最易损伤的薄弱环节，随着激光器输出功率和能量的不断提高，对激光器谐振腔反射镜的反射率和损伤阈值提出了越来越高的要求，传统的全介质激光反射镜通常采用高低折射率两种氧化物材料，按照规整的四分之一光学厚度交替叠加，反射率的高低决定于两种材料折射率的差值和叠加的膜层数，折射率差值越大，叠加膜层数越多，理论上获得的反射率就越高，但实际上膜层的层数不可能无限的增加，最高可达到的反射率要受到膜层吸收和散射损耗的限制。而且层数越多，膜层应力越大，引入节瘤缺陷的几率也越大，镀制成本也会随之增加。从激光对薄膜的破坏角度来说，膜层材料应具有高的抗激光损伤阈值，没有高的阈值，获得再高的反射率也没有实用价值。传统上高损伤阈值激光反射镜制造，主要是在膜层材料上选用耐损伤能力强的高低折射率薄膜材料组合如HfO2/SiO2，Y2O3/SiO2，通过规整的四分之一光学厚度交替叠加来同时实现高的反射率要求。SiO2在工作波长上吸收系数很小，呈均匀的微粒生长，具有极高的激光损伤阈值，是一种理想的低折射率材料，目前在高性能激光反射镜制造上存在的问题是可选用的高折射率材料非常有限，往往是具有较高折射率的材料，如Ta2O5,TiO2,Nb2O5等一般为低熔点材料，其抗激光损伤阈值较低，在激光辐照过程中能量累积对薄膜烧蚀效应明显。而具有高抗激光损伤能力的材料，如HfO2，Y2O3，ZrO2等，其折射率偏低，达到高反射率要求存在所需层数多，在膜系制备中存在层数较多，膜面粗糙，镀制难度大的缺点。而对于像Al2O3材料，具有极高的抗激光损伤阈值，但该材料折射率较HfO2，Y2O3等还显偏低，作为高折射率材料进行组合，需要镀制极多的膜层数才能满足反射率要求，而且由于折射率差值小， 反射带宽也很有限，因此很难获得实用。正因为这样，研究人员一直致力于新型激光反射镜的研制。如何能够选用适当的膜层组合，在较少的层数下制备出高反射率，高损伤阈值的激光反射镜成为一个难点。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种即具有高损伤阈值又满足高反射率的激光反射镜。
为了解决上述问题，本实用新型提供一种激光反射镜，包括基底层，所述基底层上依次设有由多层四分之一光学厚度薄膜层构成的高反射膜堆、由多层二分之一光学厚度薄膜层构成的连接膜堆、由多层四分之一光学厚度薄膜层构成的激光抵抗膜堆和由多层二分之一光学厚度薄膜层构成的保护膜堆。
其中，所述高反射膜堆由高折射率薄膜层和低折射率薄膜层依次交替叠加组成，所述高折射率薄膜层是TiO2薄膜层、Nb2O5薄膜层和Ta2O5薄膜层中的一种，所述低折射率薄膜层是SiO2薄膜层。
其中，所述高反射膜堆最外侧与所述连接膜堆贴合的薄膜层为SiO2薄膜层。
其中，所述激光抵抗膜堆由具有高损伤阀值的薄膜层和低折射率薄膜层依次交替叠加组成，所述有高损伤阀值的薄膜层是AL2O3薄膜层、Y2O3薄膜层、HfO2薄膜层中的一种，所述低折射率薄膜层为SiO2薄膜层。
其中，所述激光抵抗膜堆设有奇数层的薄膜层。
其中，所述连接膜堆是由SiO2薄膜层组成。
其中，所述保护膜堆是由SiO2薄膜层组成。
区别于现有技术的全介质激光反射镜通常采用高低折射率两种氧化物材料，按照规整的四分之一光学厚度交替叠加，反射率的高低决定于两种材料折射率的差值和叠加的膜层数，折射率差值越大，叠加膜层数越多，理论上获得的反射率就越高，但实际上膜层的层数不可能无限的增加，最高可达到的反射率要受到膜层吸收和散射损耗的限制，本实用新型的有益效果是，设有激光抵抗膜堆，可以有效的将激光对反射膜堆的损伤降低，因此高反射膜堆可以充分的发挥其高反射的能力而不必考虑激光损伤，这样可以使得高反射膜堆选择使 用适当的薄膜材料完成高反射的任务，可以减少薄膜的层数同时又能达到传统激光反光镜的要求，使得本实用新型的激光反光镜总体的镀膜厚度降低，节省材料，同时因降低镀膜的层数而提高生产速度。
附图说明
图1是本实用新型激光反射镜的一种结构示意图；
图2为本传统全介质激光反射镜膜堆结构中的电场强度分布示意图；
图3为本实用新型激光反射镜膜堆结构中的电场强度分布示意；
图4为本实用新型激光反射镜反射光谱和传统采用耐损伤材料激光反射镜反射光谱对比图。
其中：1、基底层；2、高反射膜堆；3、连接膜堆；4、激光抵抗膜堆；5、保护膜堆。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1，本实施方式提供一种激光反射镜，包括基底层1，所述基底层1上依次设有由多层四分之一光学厚度薄膜层构成的高反射膜堆2、由多层二分之一光学厚度薄膜层构成的连接膜堆3、由多层四分之一光学厚度薄膜层构成的激光抵抗膜堆4和由多层二分之一光学厚度薄膜层构成的保护膜堆5。本实用新型设有激光抵抗膜堆4，可以有效的将激光对高反射膜堆2的损伤降低，因此高反射膜堆2可以充分的发挥其高反射的能力而不必考虑激光损伤，这样可以使得高反射膜堆2选择使用适当的薄膜材料完成高反射的任务，可以减少薄膜的层数同时又能达到传统激光反光镜的要求，使得本实用新型的激光反光镜总体的镀膜厚度降低，节省材料，同时因降低镀膜的层数而提高生产的速度。
在本实施例中，所述高反射膜堆2由高折射率薄膜层和低折射率薄膜层依次交替叠加组成，所述高折射率薄膜层是TiO2薄膜层、Nb2O5薄膜层和Ta2O5薄膜层中的一种，所述低折射率薄膜层是SiO2薄膜层。在本实施例中，高反射膜堆2中，每一层的薄膜厚度为激光反射镜中心波长的四分之一光学厚度，高 反射膜堆2的膜层数取决于中心波长要求达到的反射率，通常在24层-38层之间，层数越多，意味着中心波长反射率越高，同时吸收和散射的也越多。
在本实施例中，所述高反射膜堆2最外侧与所述连接膜堆3贴合的薄膜层为SiO2薄膜层，这样可以对具有高折射率的薄膜层起到一定的保护作用。
在本实施例中，所述激光抵抗膜堆4由具有高损伤阀值的薄膜层和低折射率薄膜层依次交替叠加组成，所述有高损伤阀值的薄膜层是AL2O3薄膜层、Y2O3薄膜层、HfO2薄膜层中的一种，所述低折射率薄膜层为SiO2薄膜层。所述AL2O3、Y2O3和HfO2都是具有很高的激光损伤阀值的中等折射率材料，抗激光损伤性能很强，这样可以有效的降低激光对高反射膜堆2的损伤。
在本实施例中，所述激光抵抗膜堆4一般是设有奇数层的薄膜层，这样可以使得激光的光路更好的进入和射出反光镜，当然也可以是偶数层。在本实施例中，激光抵抗膜堆4各层厚度为激光反光镜中心波长的四分之一光学厚度，膜层数决定于激光在膜堆中的电场强度分布情况，通常为4-7层就可以将激光对高反射膜堆2的损伤降到可以接受的范围。
在本实施例中，所述的连接膜堆3采用的是由多层SiO2薄膜层组成，主要是起到过度的作用，同时对高反射膜堆2进行界面改善并起到保护膜作用提高其抗激光损伤能力。在本实施例中，所述的保护膜堆5是由多层SiO2薄膜组成，折射率低且材质通用。
传统的全介质激光反射镜的电场分布如图2所示，具体膜堆结构为TiO2/SiO2反射膜堆基底/(HL)^10H/空气，反射中心波长为1064nm从分布曲线可以看出，激光电场强度较强部分主要分布在靠近外侧的六层高低折射率膜层交界处，最高相对电场强度为0.718，也就是这部分最容易发生激光损伤，越到内部，场强衰减越厉害，超过第六层后，电场强度分布趋向于零，所以在膜堆内侧，是越来越不容易发生损伤的。
本实用新型激光反射镜膜堆结构中的电场强度分布如图3所示，具体膜堆结构为基底/(HL)^132L(ML)^3M2L/空气，其中反射中心波长1064nm,H代表高折射率材料TiO2)，M代表中等折射率材料AL2O3，L代表低折射率材料SiO2，从分布场强可以看到，电场强度最大值分布在SiO2保护层中，电场强度值比较大部 分主要分布在Al2O3/SiO2激光抵抗膜堆中，而主要用于实现高反射率的TiO2/SiO2膜堆的电场强度非常小，易发生损伤的TiO2膜层最高场强峰值相对强度只有0.075，相比原有场强值有了非常大幅的下降。所以该结构提高了整个膜堆的抗激光损伤能力，也保证了高的反射率。
图4为本实用新型激光反射镜反射光谱(图中实线）和传统采用耐损伤材料激光反射镜反射光谱（图中虚线）对比图，可以看出，为达到99.97%的中心波长反射率要求，采用本实用新型提出的膜堆结构为基底/(HL)^102L(ML)^2M2L/空气，总膜层数为26层，总物理厚度为4600nm,而采用HfO2/SiO2为材料的传统激光反射镜，达到99.97%的中心波长反射率要求，需要采用的膜堆结构为基底/(HL)^172L/空气，总膜层数为35层，总物理厚度达到5654nm；同时采用本实用新型所获得的主反射带宽要远大于采用传统高损伤材料HfO2/SiO2所获得的反射带宽，所以采用本实用新型激光反射镜结构，在相同反射率要求条件下，可以实现较少的膜层数和薄膜厚度，并获得更宽的反射带。
本实用新型的原理是：在激光射到激光反光镜上的时候，首先会经过一激光抵抗膜堆4，所述的激光抵抗膜堆4将激光对激光反射镜的损伤能量降到最低或高反射膜堆2能够接受的范围，也就是说使用具有高损伤阀值的薄膜堆做激光抵抗膜堆4，使用具有高反射率但是同时是低损伤阀值的薄膜堆做高反射膜堆2，使用相应的材料完成对应的任务，可以有效的提高效率，并且节省使用材料和降低激光反射镜的物理厚度。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种激光反射镜，包括基底层，其特征在于，所述基底层上依次设有由多层四分之一光学厚度薄膜层构成的高反射膜堆、由多层二分之一光学厚度薄膜层构成的连接膜堆、由多层四分之一光学厚度薄膜层构成的激光抵抗膜堆和由多层二分之一光学厚度薄膜层构成的保护膜堆。
2.根据权利要求1所述的激光反射镜，其特征在于，所述高反射膜堆由高折射率薄膜层和低折射率薄膜层依次交替叠加组成，所述高折射率薄膜层是TiO2薄膜层、Nb2O5薄膜层和Ta2O5薄膜层中的一种，所述低折射率薄膜层是SiO2薄膜层。
3.根据权利要求2所述的激光反射镜，其特征在于，所述高反射膜堆最外侧与所述连接膜堆贴合的薄膜层为SiO2薄膜层。
4.根据权利要求1所述的激光反射镜，其特征在于，所述激光抵抗膜堆由具有高损伤阀值的薄膜层和低折射率薄膜层依次交替叠加组成，所述有高损伤阀值的薄膜层是AL2O3薄膜层、Y2O3薄膜层、HfO2薄膜层中的一种，所述低折射率薄膜层为SiO2薄膜层。
5.根据权利要求4所述的激光反射镜，其特征在于，所述激光抵抗膜堆设有奇数层的薄膜层。
6.根据权利要求1-5任一项所述的激光反射镜，其特征在于，所述连接膜堆是由SiO2薄膜层组成。
7.根据权利要求1-5任一项所述的激光反射镜，其特征在于，所述保护膜堆是由SiO2薄膜层组成。
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