CN211263834U

CN211263834U - 一种用于二氧化碳激光器的激光反射镜

Info

Publication number: CN211263834U
Application number: CN201922382653.1U
Authority: CN
Inventors: 王金恒; 王宁阳; 唐友清
Original assignee: Nanjing Crd Laser Technology Co ltd
Current assignee: Nanjing Crd Laser Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-08-14
Anticipated expiration: 2029-12-26

Abstract

本实用新型公开了一种用于二氧化碳激光器的激光反射镜，该激光反射镜包括镜片基材（1）、过渡层（2）和镀膜层（3），镀膜层（3）由依序设置在过渡层（2）上的采用氟化镱制成的第一镀膜层（31）、采用硒化锌制成的第二镀膜层（32）、采用氟化镱制成的第三镀膜层（33）、采用硒化锌制成的第四镀膜层（34）、采用氟化镱制成的第五镀膜层（35）、采用硒化锌制成的第六镀膜层（36）构成，且镀膜层（3）的总厚度为6930nm±90nm。本实用新型的光学膜层能提高激光反射镜对波长9.3μm激光的反射率，实现波长9.3μm激光的起振和输出；过渡层能提高镀膜层与镜片基材之间的粘结牢固度，防止镀膜层脱落；且光学膜层更薄。

Description

一种用于二氧化碳激光器的激光反射镜

技术领域

本实用新型涉及光学镜片技术领域，具体地说是一种膜层厚度较薄且不易脱落的用于二氧化碳激光器的激光反射镜。

背景技术

射频二氧化碳激光器谐振腔中一般是由激光输出镜和激光反射镜构成一个激光振荡系统，工作条件下激光增益介质在输出镜和反射镜之间反复振荡不断放大，当激光功率达到输出阈值后激光束就会穿透激光输出镜输出到谐振腔外，成为适用于激光加工的激光束。一般二氧化碳激光器可以输出四种波长的激光束，分别是9.3μm、9.6μm、10.2μm和10.6μm，为了保证激光应用的稳定性，一台激光器只能输出一种波长的激光束，现有技术中通常是利用激光输出镜来筛选单一波长的激光，这种激光输出镜需要镀上较厚的光学膜层才能输出波长9.3μm的激光，现有技术中的镜片镀膜层总厚度一般为51.6μm -52.4μm，但是在实际应用中当镜片表面的光学膜层较厚时，通常都难以稳定的输出拟筛选波长的激光束，主要原因有两个方面，一是膜层太厚对激光的吸收和散射增加，导致激光损耗增加，激光输出功率下降；二是较厚的膜层在实际应用中也容易开裂或脱落，难以长期稳定的保证激光输出质量。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种膜层厚度较薄且不易脱落的用于二氧化碳激光器的激光反射镜，该激光反射镜的镜片对波长9.3μm激光具有更高反射率，用于二氧化碳激光谐振腔振后，能够筛选出波长9.3μm的激光，从而促进谐振腔振荡输出9.3μm激光。

本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：

一种用于二氧化碳激光器的激光反射镜，其特征在于：该激光反射镜包括镜片基材、过渡层和镀膜层，镀膜层由依序设置在过渡层上的第一镀膜层、第二镀膜层、第三镀膜层、第四镀膜层、第五镀膜层、第六镀膜层构成，其中第一镀膜层采用氟化镱制成、第二镀膜层采用硒化锌制成、第三镀膜层采用氟化镱制成、第四镀膜层采用硒化锌制成、第五镀膜层采用氟化镱制成、第六镀膜层采用硒化锌制成，且镀膜层的总厚度为6930nm±90nm。

所述第一镀膜层的厚度为1520nm±20nm、第二镀膜层的厚度为790nm±10nm、第三镀膜层的厚度为1520nm±20nm、第四镀膜层的厚度为790nm±10nm、第五镀膜层的厚度为1520nm±20nm、第六镀膜层的厚度为790nm±10nm。

所述的过渡层由依序设置在镜片基材上的镀铬粘结层、镀金反射层和硒化锌粘结层构成。

所述镀铬粘结层的厚度为20nm±1nm，镀金反射层的厚度为200nm±10nm，硒化锌粘结层的厚度为80nm±5nm。

上述镜片基材、过渡层和镀膜层构成的激光反射镜镜片对波长9.3μm的激光反射率比该镜片对波长10.6μm的激光反射率高1.6%以上。

上述镜片基材、过渡层和镀膜层构成的激光反射镜镜片对波长9.3μm的激光反射率比该镜片对波长10.2μm的激光反射率高1.2%以上。

上述镜片基材、过渡层和镀膜层构成的激光反射镜镜片对波长9.3μm的激光反射率不低于99.91%。

上述镜片基材、过渡层和镀膜层构成的激光反射镜镜片对波长9.6μm的激光反射率不超过99.80%。

上述镜片基材、过渡层和镀膜层构成的激光反射镜镜片对波长10.2μm的激光反射率不超过98.69%。

上述镜片基材、过渡层和镀膜层构成的激光反射镜镜片对波长10.6μm的激光反射率不超过98.30%。

下面从理论上对为什么要限定“该光学镜片对波长9.3μm的激光反射率比对波长10.6μm的激光反射率高1.6%以上、同时比对波长10.2μm的激光反射率高1.2%以上”进行说明。

射频二氧化碳激光器在运行时，激光的激励和放大主要发生在激光谐振腔中，一般在谐振腔中设置两块相互平行的平板电极，并在谐振腔中充入激光工作气体，激光器运行时两块平板电极放电激励工作气体生成激光，由此生成的初始激光会在激光反射镜和输出境之间反复振荡不断放大，为了筛选出单一波长的激光，一般都会在激光输出镜上镀制具有一定膜系结构的光学膜层，使激光输出镜对某一特定波长的激光具有更高反射率和更小的透过率，同时在激光反射镜上镀金膜，以提高激光反射镜对每一种波长激光的反射率，以提高激光振荡的效率，但是在实际应用中通过激光输出镜选择单一波长的技术方案主要适用于波长10.6μm激光，虽然波长9.3μm的激光也可以通过在激光输出镜上镀膜的方式筛选输出，但是需要镀制很厚的膜层才能输出波长9.3μm的激光，光学膜层太厚会带来两个问题，一是膜层对激光的吸收和散射增加，导致激光损耗增加，激光输出功率下降；二是较厚的膜层在实际应用中也容易开裂或脱落，难以长期稳定的保证激光输出质量。为了解决这一问题，本实用新型将现有通过激光输出镜筛选特定波长激光的技术方案改为利用反射镜来实现对波长9.3μm激光的筛选。

为了保证激光器在振荡阶段能够筛选出波长9.3μm激光，就需要同时淘汰掉波长10.6μm、10.2μm和9.6μm的激光，在激光振荡的初始阶段，激光反射镜对其反射率越高的波长振荡放大的速度越快，越容易被筛选出来，因此激光反射镜就要对波长9.3μm激光具有更高的反射率。

同时为了保证激光器能够稳定的输出波长为9.3μm的激光，激光反射镜对不同波长激光的反射率必须满足以下条件：（1）镜片对9.3μm激光反射率应较其对10.6μm激光反射率大1.5%以上，例如当9.3μm激光的反射率为99.91%时，10.6μm激光的反射率应小于98.41%，否则在激光器运行的过程中就有可能出现激光单一性不好的问题，即输出的激光中混合有9.3μm和10.6μm的激光，并且不同波长激光的占比会动态变化，这样就会导致激光打标时而清晰时而模糊的质量问题，因为同一材料对某个波长激光的吸收率是恒定的，激光波长发生变化打标清晰度就会变化，所以激光波长的单一性非常重要，为了避免该问题，9.3μm激光和10.6μm激光的反射率差值必须大于1.5%以上，才能保证能稳定输出波长9.3μm激光。（2）镜片对波长9.3μm激光的反射率应较其对波长10.2μm激光的反射率大1.1%以上，例如当9.3μm激光的反射率为99.91%时，10.2μm激光的反射率应小于98.81%，否则在激光器运行的过程中就有可能出现激光单一性不好的问题，即输出的激光中混合有9.3μm和10.2μm的激光，并且不同波长激光的占比会动态变化，这样就会导致打标时而清晰时而模糊的质量问题，因为同一材料对某个波长激光的吸收率是恒定的，如果激光波长发生变化打标清晰度就会变化，所以激光波长的单一性非常重要，为了避免该问题，9.3μm激光和10.2μm激光的反射率差值必须大于1.1%以上，才能保证能稳定输出波长9.3μm激光。为了能够稳定的输出波长9.3μm激光，就应同时满足上述两个条件，即反射镜对波长9.3μm激光反射率应较其对波长10.6μm激光反射率大1.5%以上，同时反射镜对波长9.3μm激光反射率应较其对波长10.2μm激光反射率大1.1%以上。因为波长9.6μm激光在二氧化碳激光器可输出的4种波长激光中是最难输出的一种，所以在设计9.3μm激光反射镜时，只需要保证激光反射镜对波长9.3μm激光的反射率略高于波长9.6μm激光的反射率即可，在激光起振阶段9.6μm激光就会被其他三种波长的激光排挤淘汰，无法输出。

本实用新型相比现有技术有如下优点：

本实用新型通过在激光反射镜上镀制特定的光学膜层，以提高激光反射镜对波长9.3μm激光的反射率，使波长9.3μm激光在激光振荡阶段迅速增益放大，抑制波长10.6μm、10.2μm和9.6μm激光的增长，最后当波长9.3μm激光的功率达到一定程度时，激光束冲破激光输出镜上的光学膜层输出谐振腔外，实现波长9.3μm激光的起振和输出；通过在该镜片的镜片基材和镀膜层之间设置过渡层，能够提高镀膜层与镜片基材之间的粘结牢固度，防止镀膜层脱落。

本实用新型的反射镜片上镀制的光学膜层较现有技术中在输出镜上镀制的光学膜层更薄，更薄的光学膜层不但能够降低激光的散射损失，减少镀膜时间，还能提高镀膜工艺的可控性，能够有效提高镜片制作的效率和质量。

附图说明

附图1为本实用新型的反射镜片结构示意图；

附图2为本实用新型的反射镜片的镜片镀膜层局部放大示意图；

附图3为本实用新型的反射镜片的镜片过渡层局部放大示意图。

其中：1—镜片基材；2—过渡层；21—镀铬粘结层；22—镀金反射层；23—硒化锌粘结层；3—镀膜层；31—第一镀膜层；32—第二镀膜层；33—第三镀膜层；34—第四镀膜层；35—第五镀膜层；36—第六镀膜层。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1-3所示：一种用于二氧化碳激光器的激光反射镜，包括镜片基材1、过渡层2和镀膜层3，其中镜片基材1由硅制成，厚度为2mm～3mm；过渡层2由依序设置在镜片基材1上的镀铬粘结层21、镀金反射层22和硒化锌粘结层23构成；镀膜层3由依序设置在过渡层2上的采用氟化镱制成的第一镀膜层31、采用硒化锌制成的第二镀膜层32、采用氟化镱制成的第三镀膜层33、采用硒化锌制成的第四镀膜层34、采用氟化镱制成的第五镀膜层35、采用硒化锌制成的第六镀膜层36构成。具体来说，过渡层中的镀铬粘结层21的厚度为20nm±1，镀金反射层22的厚度为200nm±10nm，硒化锌粘结层23的厚度为80nm±5nm；镀膜层中的第一镀膜层31的厚度为1520nm±20nm、第二镀膜层32的厚度为790nm±10nm、第三镀膜层33的厚度为1520nm±20nm、第四镀膜层34的厚度为790nm±10nm、第五镀膜层35的厚度为1520nm±20nm、第六镀膜层36的厚度为790nm±10nm，使得该镜片的过渡层2和镀膜层3的总厚度为7230 nm±106nm。镜片的结构、材料和相应的厚度如表下所示。

上述镀膜层3、过渡层2和镜片基材1构成的激光反射镜的镜片，对波长9.3μm激光具有更高的反射率，该镜片对波长9.3μm激光的反射率比该镜片对波长10.6μm激光的反射率高1.6%以上、且比该镜片对波长10.2μm激光的反射率高1.2%以上，其中该镜片对波长9.3μm激光的反射率≥99.91%、对波长10.6μm激光反射率≤98.30%，对波长10.2μm激光反射率≤98.69%，对波长9.6μm激光反射率≤99.80%。故该光学镜片用于激光器后，能够在激光振荡阶段迅速增益放大波长9.3μm激光，同时抑制波长10.6μm、10.2μm和9.6μm激光的增长，使波长9.3μm激光的功率最先超过激光输出阈值，冲破激光输出镜上的光学膜层输出到谐振腔外，实现波长9.3μm激光的起振和输出。

本实用新型的光学镜片对波长9.3μm激光反射率≥99.91%、对波长10.6μm激光反射率≤98.30%，对波长10.2μm激光反射率≤98.69%，对波长9.6μm激光反射率≤99.80%，故可知本实用新型的激光反射镜镜片对波长9.3μm激光的反射率较波长10.6μm激光约高1.61%，对波长9.3μm激光的反射率较波长10.2μm激光约高1.22%，对波长9.3μm激光的反射率较波长9.6μm激光约高0.11%。开启激光器后在激光振荡的初始阶段有更多波长9.3μm激光被激光反射镜反射，使9.3μm成为优势波长，激励激光工作气体产生更多波长为9.3μm的激光，当波长9.3μm激光功率达到一定程度时，激光束冲破激光输出镜上的光学膜层输出谐振腔外，实现波长9.3μm激光的起振和输出，9.3μm激光较10.6μm激光更容易被塑料材质吸收，能对塑料材料进行更清晰的标刻。

本实用新型通过在激光反射镜上镀制特定的光学膜层，以提高激光反射镜对波长9.3μm激光的反射率，使波长9.3μm激光在激光振荡阶段迅速增益放大，抑制波长10.6μm、10.2μm和9.6μm激光的增长，最后当波长9.3μm激光的功率达到输出阈值时，激光束冲破激光输出镜上的光学膜层输出谐振腔外，实现波长9.3μm激光的起振和输出；通过在该镜片的镜片基材1和镀膜层3之间设置过渡层2，能够提高镀膜层3与镜片基材1之间的粘结牢固度，防止镀膜层3脱落。本实用新型的反射镜片上镀制的光学膜层较现有技术中在输出镜上镀制的光学膜层更薄，更薄的光学膜层不但能够降低激光的散射损失，减少镀膜时间，还能提高镀膜工艺的可控性，能够有效提高镜片制作的效率和质量。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内；本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims

1.一种用于二氧化碳激光器的激光反射镜，其特征在于：该激光反射镜包括镜片基材（1）、过渡层（2）和镀膜层（3），镀膜层（3）由依序设置在过渡层（2）上的第一镀膜层（31）、第二镀膜层（32）、第三镀膜层（33）、第四镀膜层（34）、第五镀膜层（35）、第六镀膜层（36）构成，其中第一镀膜层（31）采用氟化镱制成、第二镀膜层（32）采用硒化锌制成、第三镀膜层（33）采用氟化镱制成、第四镀膜层（34）采用硒化锌制成、第五镀膜层（35）采用氟化镱制成、第六镀膜层（36）采用硒化锌制成，且镀膜层（3）的总厚度为6930nm±90nm。

2.根据权利要求1所述的用于二氧化碳激光器的激光反射镜，其特征在于：所述第一镀膜层（31）的厚度为1520nm±20nm、第二镀膜层（32）的厚度为790nm±10nm、第三镀膜层（33）的厚度为1520nm±20nm、第四镀膜层（34）的厚度为790nm±10nm、第五镀膜层（35）的厚度为1520nm±20nm、第六镀膜层（36）的厚度为790nm±10nm。

3.根据权利要求1所述的用于二氧化碳激光器的激光反射镜，其特征在于：所述的过渡层（2）由依序设置在镜片基材（1）上的镀铬粘结层（21）、镀金反射层（22）和硒化锌粘结层（23）构成。

4.根据权利要求3所述的用于二氧化碳激光器的激光反射镜，其特征在于：所述镀铬粘结层（21）的厚度为20nm±1nm，镀金反射层（22）的厚度为200nm±10nm，硒化锌粘结层（23）的厚度为80nm±5nm。

5.根据权利要求1所述的用于二氧化碳激光器的激光反射镜，其特征在于：上述镜片基材（1）、过渡层（2）和镀膜层（3）构成的激光反射镜镜片对波长9.3μm的激光反射率比该镜片对波长10.6μm的激光反射率高1.6%以上。

6.根据权利要求1所述的用于二氧化碳激光器的激光反射镜，其特征在于：上述镜片基材（1）、过渡层（2）和镀膜层（3）构成的激光反射镜镜片对波长9.3μm的激光反射率比该镜片对波长10.2μm的激光反射率高1.2%以上。

7.根据权利要求1、5或6任一所述的用于二氧化碳激光器的激光反射镜，其特征在于：上述镜片基材（1）、过渡层（2）和镀膜层（3）构成的激光反射镜镜片对波长9.3μm的激光反射率不低于99.91%。

8.根据权利要求1、5或6任一所述的用于二氧化碳激光器的激光反射镜，其特征在于：上述镜片基材（1）、过渡层（2）和镀膜层（3）构成的激光反射镜镜片对波长9.6μm的激光反射率不超过99.80%。

9.根据权利要求1、5或6任一所述的用于二氧化碳激光器的激光反射镜，其特征在于：上述镜片基材（1）、过渡层（2）和镀膜层（3）构成的激光反射镜镜片对波长10.2μm的激光反射率不超过98.69%。

10.根据权利要求1、5或6任一所述的用于二氧化碳激光器的激光反射镜，其特征在于：上述镜片基材（1）、过渡层（2）和镀膜层（3）构成的激光反射镜镜片对波长10.6μm的激光反射率不超过98.30%。