DE102014113077B4 - Dielektrischer Spiegel für Hochleistungs-Laserpulse - Google Patents

Abstract

Dielektrischer Spiegel (1), welcher einen Schichtstapel (3) mit einer Abfolge von Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes umfasst, welche als reflektierender Interferenzfilter wirken, wobei die Schichten aus zumindest drei unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Zerstörschwellen gebildet werden, wobei die Zerstörschwelle die Energie pro Fläche eines auf das Material eingestrahlten Laserpulses ist, ab welcher das Material zerstört wird, wobei ein erstes Material unter den drei Materialien den geringsten Brechungsindex und die höchste Zerstörschwelle und das zweite Material eine höhere Zerstörschwelle als das dritte Material aufweist, wobei zumindest einmal innerhalb des Schichtstapels (3) eine hochbrechende Schicht (14) mit dem zweiten und dritten Material gebildet wird, wobei die Schichten des zweiten und dritten Materials Sub-Schichten der hochbrechenden Schicht (14) bilden und wobei die Zusammensetzung der Schicht (14) in Richtung senkrecht zu deren Grenzflächen variiert, so dass an einer Grenzfläche (140) der Schicht (14) das zweite und an der gegenüberliegenden Grenzfläche (141) der Schicht (14) das dritte Material vorhanden ist, wobei die Variation der Zusammensetzung so gewählt ist, dass die Lichtintensität der stehenden Welle eines den Schichtstapel (3) durchlaufenden und vom dielektrischen Spiegel (1) reflektierten Laserpulses (2) im zweiten Material höher ist als im dritten Material.

Description

• Die Erfindung betrifft allgemein Optiken für Laser. Im Speziellen betrifft die Erfindung Spiegel mit einer hohen Zerstörschwelle für die Reflexion von Hochleistungs-Laserpulsen.
• Für Hochleistungs-Lasersysteme, insbesondere in Forschung, Werkstoffbearbeitung oder für Anwendungen in der Kernfusion ist der Trend zur Erhöhung der Leistung ungebrochen. Genannt seien beispielsweise die Projekte ELI, Apollon und Petawatt.
• Um immer höhere Leistungen bis in den Petawatt-Bereich zu erreichen, werden Pulsenergien erhöht sowie Pulsdauern verkürzt. Typische Pulsdauern liegen inzwischen in der Größenordnung von 10-200 Femtosekunden.
• Pulse dieser Pulsdauern können nicht direkt verstärkt werden, sie müssen z. B. mit Gittern auf Nanosekunden-Pulslängen ausgedehnt, in dieser Form in aktiven Lasermedien verstärkt und anschließend wieder komprimiert werden.
• Ferner haben diese Pulse keine einzelne Wellenlänge, sind also nicht monochromatisch, wie man es von üblichen, z. B. kontinuierlich strahlenden Lasern kennt. Vielmehr bestehen die Pulse aus einem ganzen Wellenlängen-Spektrum. Dies ergibt sich aus der Fourier-Transformation zwischen Frequenzen (Wellenlängen) und Pulsdauer bzw. aus der Heisenbergschen Unschärferelation. Um einen Nanosekundenpuls nach Verstärkung wieder komprimieren oder Interaktion von Licht und Materie herbeiführen zu können, müssen also alle Wellenlängen des Pulses gleichzeitig vorhanden sein. Fehlen die kürzest- oder längstwellenlängigen Bestandteile, dann wird der komprimierte Puls nicht mehr die Dauer von einigen Femtosekunden haben, sondern deutlich länger sein.
  Medien zeigen nun aber eine Dispersion, d. h. die Geschwindigkeiten von Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen sind im Allgemeinen verschieden. Dadurch läuft das Spektrum zeitlich und räumlich auseinander und die unterschiedlichen Spektrumsanteile können nicht mehr zusammen zu einem Femtosekundenpuls komprimiert werden.
• Um Femtosekunden-Pulse als solche zu konservieren (damit sie nicht auseinander laufen), längere Pulse auf Femtosekunden-Pulse komprimieren zu können oder Femtosekundenpulse an einem bestimmten Ort mit Materie wechselwirken lassen zu können, sollten die optischen Bauteile, die diese Laserpulse übertragen, eine möglichst geringe Dispersion über einen ausreichend breiten Wellenlängenbereich aufweisen, d. h. die Bestandteile des Lichtpulses müssen gleich schnell übertragen werden. Zum Beispiel sollten also die kurzwelligen Bestandteile nicht langsamer durch ein dispersives Medium laufen als die langwelligen.
• Das Dokument Patel, D. et.al. „Improvements in the laser damage behaviour of Ta₂O₅/SiO₂ intereference coatings by modification of the top layer design.“, veröffentlicht in: Proceedings of SPIE, Vol. 8885, 2013, S. 888522-1-5, zeigt Beispiele von Interferenzbeschichtungen. Insbesondere beschäftigt sich diese Druckschrift mit der möglichen Schädigung von Ta₂O₅/SiO₂-haltigen Interferenzbeschichtungen aufgrund von Laserstrahlung. Nach der Lehre dieser Schrift weisen Ta₂O₅-haltige Beschichtungen eine geringere Resistenz gegenüber Laserstrahlung bzw. eine niedrigere Laserzerstörschwelle auf. Zur Lösung schlägt die genannte Schrift vor, das Material HfO₂ zur Erhöhung der Resistenz in einer der oberen Schichten zu verwenden. Insbesondere eine Verwendung von HfO₂ oder auch von Y₂O₃ könne, sofern es in einer der oberen Schichten anstelle von Ta₂O₅-haltigen Schichten verwendet würde, die Resistenz deutlich steigern.
• Das Dokument Meng, Z.-Y. et.al.: „Design and fabrication of a novel high damage threshold HfO₂/TiO₂/SiO₂ multilayer laser mirror“, veröffentlicht in: Optoelectronics Letters, Vol. 8, 2012, No. 3, S. 190-192, betrifft das Design und die Herstellung eines mehrschichtigen Laserspiegels.
• Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, einen Spiegel bereitzustellen, welcher einerseits die oben genannte Anforderung einer niedrigen Gruppenlaufzeitdispersion (Group Delay Dispersion - GDD, im Folgenden einfach nur Dispersion genannt) über den breiten Wellenlängenbereich möglichst gut erfüllt und andererseits auch geeignet ist, Pulse hoher und höchster Intensität zu reflektieren. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Die Erfindung und die der Erfindung zugrundeliegende Problematik werden nachfolgend detaillierter und unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen erläutert.
• Es zeigen:
• 1 schematisch einen Laserpuls vor und nach Durchlaufen eines dispersiven Mediums,
• 2 die spektrale Reflektivität zweier dielektrischer Spiegel mit unterschiedlichen Schichtmaterialien,
• 3 und 4 Beispiele von Schichtabfolgen dielektrischer Spiegel sowie die Lichtintensität (Betragsquadrat des auf Einfall normierten elektrischen Feldes) innerhalb der Schichtstapel der Spiegel,
• 5 ein Beispiel eines Schichtstapels eines dielektrischen Spiegels gemäß der Erfindung sowie die Verteilung der Lichtintensität eines Laserpulses im Schichtstapel,
• 6 und 7 Diagramme der Laserzerstörschwelle verschiedener Materialien in Abhängigkeit des Brechungsindex,
• 8 die Dispersion als Funktion der Wellenlänge verschiedener Schichtstapel gemäß 3 bis 5,
• 9 eine Variante der in 5 gezeigten Ausführungsform,
• 10 einen Ausschnitt aus einem Schichtstapel gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
• 11 ein Ausführungsbeispiel mit einer Gradientenschicht.
• Das Diagramm der 1 erläutert nochmals schematisch den Einfluss dispersiver Medien auf ultrakurze, breitbandige Laserpulse. Im Speziellen ist in 1 ein Laserpuls 2 auf einer Zeitskala vor und nach dem Durchlaufen eines dispersiven Mediums dargestellt. Vor dem Durchlaufen (im Zeitdiagramm links dargestellt) hat der Laserpuls eine bestimmte Dauer und Intensität. Nach dem Durchlaufen (rechts dargestellt) trennen sich die spektralen Anteile auf der Zeitskala. Im Beispiel sind die Rot- und Blau-Anteile mit „R“ beziehungsweise „B“ bezeichnet und als schraffierte Flächen symbolisiert. Im dargestellten Beispiel ist die Dispersion des Mediums derart, dass kurzwellige Spektralanteile gegenüber längerwelligen Spektralanteilen das Medium langsamer durchlaufen, so dass nach Durchlaufen die blauen Spektralanteile zeitlich den roten Anteilen nacheilen.
• Die integrierte Pulsenergie bleibt im Wesentlichen bis auf Absorptions- und Streuverluste zwar erhalten, allerdings sinkt die Maximalintensität beziehungsweise die Leistung durch das zeitliche Auseinanderlaufen des Laserpulses 2. Gerade die Pulsleistung ist aber für Hochleistungs-Laseranwendungen im Allgemeinen entscheidend.
• Um Hochleistungs-Laserpulse zu reflektieren, kommen vielfach dielektrische Spiegel zum Einsatz.
• Eine typische, beispielhafte Spezifikation eines Femtosekunden-Puls-Spiegels kann z. B. neben Größe, Ebenheit (reflektierte Wellenfront), Oberflächenrauheit, folgendermaßen aussehen:

  Einfallswinkel:	45°
  Licht-Polarisation:	S
  Wellenlängenbereich:	700 - 900 nm
  Reflektivität:	> 99,5%
  Dispersion (GDD):	max. ± 50 fs^2
  Laser-Zerstörungsschwelle:	> 0,5 J/cm^2 (20 fs Pulsdauer, 800 nm Wellenlänge).

• Ein ganz einfacher dielektrischer Spiegel besteht aus einer Abfolge von Schichten mit hohem und mit niedrigem Brechungsindex, an dessen Grenzflächen ein Teil des Lichtes reflektiert wird und mit sich selbst interferiert, wobei die Schichtdicken genau der optischen Weglänge eines Viertels der Designwellenlänge entspricht. Damit kann ein solcher Spiegel nur eine begrenzte Bandbreite haben, da für deutlich unterschiedliche Wellenlängen die Bedingung für die Interferenz anders erfüllt ist.
• Um nun einen Spiegel größerer Bandbreite zu erschaffen, wie er für die Reflexion von Femtosekunden-Laserpulsen günstig wäre, können zwei Maßnahmen getroffen werden.
1. i) entweder der Brechungsindexunterschied zwischen den beiden Schichttypen, also zwischen den hoch- und niedrigbrechenden Schichten wird erhöht, oder
2. ii) es wird ein sogenannter ge-„chirp“-ter (engl. „zwitschern“ von Frequenzänderung) Spiegel eingesetzt, bei dem die Schichtdicken variiert werden und Licht einer Wellenlänge in einem Bereich (z. B. höherliegende Schichten) und Licht anderer Wellenlänge in einem anderen (vertikalen) Bereich des Spiegels (z. B. tieferliegende Schichten) reflektiert wird.
• 2 zeigt anhand der spektralen Reflektivitäten zweier verschiedener dielektrischer Spiegel den Effekt der Erhöhung des Brechungsindexunterschieds.
• Die gestrichelte Linie in 2 ist die Reflektivität eines SiO₂/HfO₂-Schichtsystems, die durchgezogene Linie die Reflektivität eines SiO₂/TiO₂-Schichtsystems. Der Brechungsindexunterschied zwischen den TiO₂-Schichten und den SiO₂-Schichten ist größer als der Unterschied zwischen den HfO₂- und SiO₂-Schichten. Damit ist die Bandbreite des SiO₂/TiO₂-Schichtsystems, wie anhand von 2 ersichtlich, deutlich größer. Andererseits weist TiO₂ gegenüber HfO₂ eine deutlich geringere LaserZerstörschwelle auf.
• Beide Spiegel-Typen haben damit für die Anwendung als Hochleistungs-Ultrakurzpuls-Spiegel entscheidende Nachteile (im folgenden Abschnitt „Dilemmas“ beschrieben). Im Schichtpaket eines dielektrischen Spiegels bildet sich eine stehende Welle aus, so dass sich an manchen Stellen ein erhöhtes elektrisches Feld/eine erhöhte Lichtintensität ausbildet. Diese Maxima sind die Sollbruchstellen bezüglich der Laserzerstörungsschwelle. An einer Grenzfläche ist die Zerstörungsschwelle im Allgemeinen geringer als innerhalb einer Schicht.
• Multiphotonenabsorption bewirkt eine Energieaufnahme des Mediums und bei hinreichender Leistung dessen Zerstörung. Wie resistent ein Medium ist, hängt stark von dessen Bandlücke ab. In Materialien mit größerer Bandlücke ist die Zerstörungsschwelle im Allgemeinen höher als in Materialien mit kleinerer Bandlücke. Demnach ist SiO₂ auch stabiler als Materialien mit höherem Brechungsindex.
• Bei einem gut geeigneten dielektrischen Spiegel für hochenergetische Femtosekunden-Pulse (oder Nanosekundenpulse, die auf Femtosekunden komprimiert werden sollen) sollten damit also
• - die Reflektivität hoch sein,
• - die Bandbreite der Reflektivität groß sein,
• - die Gruppenlaufzeitdispersion klein sein,
• - die Bandbreite der Gruppenlaufzeitdispersion groß sein,
• - die Maxima der elektrischen Felder klein sein,
• - die Materialien große Bandlücken haben,
• - die großen elektrischen Felder sich in den Materialien großer Bandlücken befinden,
• - die großen elektrischen Felder sich nicht auf Grenzflächen sondern innerhalb von Schichten befinden.
• Mit diesen Voraussetzungen entstehen nun einige Dilemmas am Beispiel des hochbrechenden Materials TiO₂:
• - TiO₂ wäre von Vorteil für hohe Reflektivität (da großer Brechungsindex),
• - TiO₂ wäre damit auch von Vorteil für große Bandbreiten, siehe 2,
• - TiO₂ wäre von Vorteil für kleine Dispersion.
• Ein hoher Brechungsindex, wie ihn beispielsweise TiO₂ aufweist, bedeutet, dass weniger Schichten an der Reflexion beteiligt sind und damit der Wegunterschied (Dispersion) von Wellen unterschiedlicher Wellenlänge kleiner wird.
• TiO₂ ist aber von Nachteil, da die Bandlücke und die Zerstörungsschwelle gering sind.
• - HfO₂ oder SC₂O₃ wären von Vorteil, da die Bandlücke und die Zerstörungsschwelle größer sind.
• - Andererseits sind HfO₂ oder SC₂O₃ von Nachteil, da der Brechungsindex geringer ist.
• Mit einem SiO₂/TiO₂-Spiegel kann also die Spezifikation der Laser-Zerstörungsschwelle und mit einem SiO₂/HfO₂-Spiegel die Spezifikation der Bandbreite der Dispersion nicht erfüllt werden.
• 3 zeigt dazu die Verteilung beziehungsweise den Verlauf 6 des Quadrats der elektrischen Feldstärke (dieses ist proportional zur Lichtintensität) in einem dielektrischen Spiegel aus alternierenden SiO₂/TiO₂-Schichten. Die Schichten sind entsprechend mit „SiO₂“, beziehungsweise „TiO₂“ bezeichnet, die Grenzflächen zwischen den Schichten sind durch gestrichelte Linien markiert. Der Verlauf 6 der Feldstärke ist in 3, sowie in den nachfolgenden Figuren für die Design-Wellenlänge, beziehungsweise die Wellenlänge mit dem Intensitätsmaximum des Laserpulses angegeben. Der Verlauf der über das Spektrum des Laserpulses integrierten Gesamtintensität weicht hiervon nicht wesentlich ab, so dass eine Betrachtung der Design-Wellenlänge ausreicht.
• Im Speziellen zeigt 3 die oberen acht Schichten eines vielschichtigen SiO2/TiO2-Spiegels. Die Oberfläche des Spiegels liegt bei einer Tiefe von null, die Umgebung des Spiegels rechts neben der Null. Auf der linken Seite folgen bei noch größeren Tiefen als 900 Nanometern (also nicht in 3 gezeigt) weitere SiO₂- und TiO₂-Schichten und schließlich das Substrat, auf welchem die Schichten des dielektrischen Spiegels abgeschieden sind.
• Die Schichtdicken sind hier so gewählt, dass das Maximum des elektrischen Feldes in die zweitoberste SiO₂-Schicht verschoben ist. Das Maximum beträgt ca. 75% der Intensität der einfallen Welle und liegt in einer Tiefe von ca. 150 nm unterhalb der Oberfläche. In der darüberliegenden TiO₂-Schicht liegt das Maximum auf einer Grenzfläche bei ca. 30% (bei einer Tiefe von ca. 70 nm). Um hier die Zerstörungsschwelle weiter anzuheben, könnten die Schichtdicken der Schichten noch so angepasst werden, dass das Intensitätsmaximum noch etwas weiter von der obersten TiO₂-Schicht weg verschoben ist, so dass das Verhältnis eher 1:3 bis 1:6 ist.
• Aus Bellum et al., „Reactive Ion-Assisted Deposition of E-Beam Evaporated Ti for High Refractive Index TiO2 Layers and Laser Damage Resistant, Broad Bandwidth, High Reflection Coatings“, Applied Optics, Vol. 53 (4), A205 - A211 ist es bekannt, hochbrechende TiO₂-Schichten eines dielektrischen Spiegels, in welchen die größten elektrischen Felder auftreten, durch HfO2 zu ersetzen.
• Um eine höhere Zerstörungsschwelle erhalten, zu als sie der Spiegel hat, der in 3 repräsentiert ist, können also z. B. die oberen zwei oder drei TiO₂-Schichten, nicht aber alle TiO₂-Schichten, durch HfO₂-Schichten ersetzt werden, so dass das elektrische Feld in den Schichten, wo es noch recht groß ist, von einem resistenteren Material getragen wird.
• 4 zeigt hierzu ein Beispiel einer Schichtabfolge eines solchen dielektrischen Spiegels, sowie die Lichtintensität innerhalb des Schichtstapels.
• In diesem Beispiel betragen die Maxima des elektrischen Feldes: 90% innerhalb der SiO2-Schicht (bei ca. 150 nm) und 40% in der HfO2-Schicht auf einer SiO2-HfO2-Grenzfläche (bei ca. 70 nm). Die Zerstörungsschwelle ist hier schon höher als in dem Beispiel des Schichtdiagramms der 3, da teilweise HfO₂ statt TiO₂ verwendet wird und ersteres eine höhere Zerstörungsschwelle hat. Allerdings senkt dies wiederum die Bandbreite, beziehungsweise erhöht die Dispersion.
• Ein dielektrischer Spiegel gemäß der Erfindung umfasst nun einen Schichtstapel mit einer Abfolge von Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes, vorzugsweise Schichten mit alternierendem höheren und niedrigeren Brechungsindex, welche als reflektierender Interferenzfilter wirken, wobei die Schichten aus zumindest drei unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Zerstörschwellen gebildet werden, wobei ein erstes Material unter den drei Materialien den geringsten Brechungsindex und das zweite Material eine höhere Zerstörschwelle als das dritte Material aufweist, wobei zumindest einmal innerhalb des Schichtstapels eine Schicht 14 mit dem zweiten und dritten Material gebildet wird und wobei die Zusammensetzung der Schicht 14 (5) in Richtung senkrecht zu deren Grenzflächen variiert, so dass an einer Grenzfläche 140 der Schicht 14 das zweite und an der gegenüberliegenden Grenzfläche 141 der Schicht 14 das dritte Material vorhanden ist, wobei die Variation der Zusammensetzung so gewählt ist, dass die Lichtintensität der stehenden Welle eines den Schichtstapel 3 durchlaufenden und vom dielektrischen Spiegel 1 reflektierten Laserpulses 2 im zweiten Material höher ist als im dritten Material.
• Eine einfach herstellbare und bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht nun darin, dass die Schicht 14 mit dem zweiten und dritten Material zwei Lagen oder Schichten umfasst, wobei eine Schicht eine Schicht des zweiten und die weitere Schicht eine Schicht des dritten Materials ist. Vorzugsweise folgen die Lagen oder Schichten des zweiten und dritten Materials aufeinander, haben also eine gemeinsame Grenzfläche. Mit anderen Worten ist die Variation der Zusammensetzung der Schicht 14 hier eine diskontinuierliche Änderung der Zusammensetzung beim Übergang von der Schicht des zweiten in die Schicht des dritten Materials. Die Schichten des zweiten und dritten Materials bilden also Sub-Schichten der hochbrechenden Schicht 14.
• Die Abfolge der Lagen ist dementsprechend dann so gewählt, dass die Lichtintensität einer stehenden Welle eines den Schichtstapel durchlaufenden und vom dielektrischen Spiegel reflektierten Laserpulses in der Lage des zweiten Materials höher ist als in der Lage des dritten Materials.
• Als Zerstörschwelle wird die Energie pro Fläche eines auf das Material eingestrahlten Laserpulses verstanden, ab welcher das jeweilige Material zerstört wird.
• Die Lagen des zweiten und dritten Materials werden demgemäß gepaart. Beide Lagen zusammen können jeweils zusammengenommen als eine hochbrechende Schicht 14 betrachtet werden, wobei sich hoch- und niedrigbrechende Schichten im Schichtstapel abwechseln.
• Im Allgemeinen ist nicht nur die Zerstörschwelle des zweiten Materials höher als die des dritten Materials. Vielmehr weist das zweite Material auch vorzugsweise einen geringeren Brechungsindex auf als das dritte Material.
• Dies ist, wie oben bereits dargelegt, typischerweise durch die Bandlücke des jeweiligen Materials bestimmt. Mit einer hohen Bandlücke geht oft nicht nur eine höhere Zerstörschwelle, sondern auch ein kleinerer Brechungsindex einher.
• Die Verteilung der Feldstärke beziehungsweise der zum Quadrat der Feldstärke proportionalen Lichtintensität hängt dabei auch etwas von der Wellenlänge ab. Die oben genannte Bedingung gilt aber jedenfalls insbesondere für einen Laserpuls, dessen mittlere Wellenlänge der Designwellenlänge des dielektrischen Spiegels entspricht. Gegebenenfalls ist auch der Einfallswinkel und die Polarisation des Laserpulses zu berücksichtigen, wenn der dielektrische Spiegel für einen bestimmten Einfallswinkel, wie etwa von 45°, und eine S-Polarisation ausgelegt ist.
• Bei dem in 4 gezeigten Beispiel werden zwar ebenfalls drei verschiedene Materialien verwendet, allerdings folgen die Materialien mit den niedrigeren Zerstörschwellen nicht aufeinander.
• Auch die Beispiele der 3 und 4 weisen aber Merkmale auf, die für einen erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegel ebenfalls von Vorteil sind. Darauf wird im Einzelnen weiter unten eingegangen.
• 5 zeigt nun ein Beispiel eines Schichtstapels 3 eines dielektrischen Spiegels 1 gemäß der Erfindung, sowie die Verteilung der Lichtintensität eines Laserpulses im Schichtstapel 3. Typischerweise umfasst der dielektrische Spiegel 1 neben dem Schichtstapel 3 noch ein Substrat, auf welchem der Schichtstapel 3 abgeschieden ist. Da 5 nur einen Teil des Schichtstapels 3 mit dessen Oberfläche bei einer Tiefe von 0 nm zeigt, ist das Substrat nicht dargestellt.
• Das Ausführungsbeispiel basiert darauf, dass der Teil der hochbrechenden Schicht, in dem die Lichtintensität einen bestimmten Betrag überschreitet (beispielsweise im dargestellten Beispiel einen Wert von ca. 20%), aus HfO₂, der restliche aus TiO₂ besteht. Dadurch betragen die Maxima des elektrischen Feldes: 80% innerhalb der SiO₂-Schicht, 35% in der HfO₂-Schicht auf einer SiO₂-HfO₂-Grenzfläche und 20% in der TiO₂-Schicht auf eine TiO2-HfO2-Grenzfläche Damit werden die Eigenschaften der beiden hochbrechenden Materialien optimal ausgenutzt.
• Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das spezielle dargestellte Beispiel und die dort verwendeten Materialien beschränkt. Beispielsweise kann anstelle von HfO₂ ein anderes Material mit gegenüber TiO₂ höheren Zerstörschwelle oder Mischungen mehrerer solcher Materialien verwendet werden. Bei diesem Beispiel bilden also die SiO₂-Schichten die Schichten 11 des ersten Materials, die HfO₂-Lagen die Lagen 12 des zweiten Materials und schließlich die TiO₂-Schichten die Lagen 13 des dritten Materials. Aufeinanderfolgende Lagen 12, 13 des zweiten und dritten Materials bilden jeweils eine Schicht 14, deren Zusammensetzung in Richtung senkrecht zu deren Grenzflächen variiert, so dass an einer Grenzfläche 140 der Schicht 14 das zweite und an der gegenüberliegenden Grenzfläche 141 der Schicht 14 das dritte Material vorhanden ist. Durch die Abfolge der Lagen 12, 13 ist die Variation der Zusammensetzung der Schicht 14 so gewählt, dass die Lichtintensität der stehenden Welle eines den Schichtstapel 3 durchlaufenden und vom dielektrischen Spiegel 1 reflektierten Laserpulses 2 im zweiten Material, also hier speziell in der Lage 12 höher ist als im dritten Material, beziehungsweise hier der Lage 13.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es weiterhin im Allgemeinen günstig, wenn zumindest zweimal innerhalb des Schichtstapels Schichten des ersten und des zweiten Materials aufeinanderfolgen. Dies ist günstig, da die Feldstärke eines Hochleistungs-Laserpulses im Allgemeinen erst in einer Tiefe einiger Schichten auf einen Wert unterhalb der Zerstörschwelle des dritten Materials abklingt.
• Bei dem in 5 gezeigten Beispiel sind genau zweimal aufeinanderfolgende Lagen 12, 13 vorgesehen, die eine Schicht 14 mit dem zweiten und dritten Material bilden. Im Speziellen sind die zweite und dritte, sowie die fünfte und sechste Lage, gezählt von der obersten Schicht ausgehend solche Paare aufeinanderfolgender Lagen, wobei die zweite und fünfte Lage aus dem dritten Material und die dritte und sechste Lage aus dem zweiten Material gebildet sind. Je nach Aufbau des Schichtstapels oder der Anforderung hinsichtlich der zu reflektierenden Pulsintensität können aber auch mehr als zwei solcher Abfolgen oder Paare von Lagen des zweiten und dritten Materials beziehungsweise mehr als zwei Schichten 14 eingesetzt werden.
• Damit die Kombination der Schichten 12, 13 des zweiten und dritten Materials effektiv die Zerstörschwelle und die Bandbreite der Dispersion des dielektrischen Spiegels anheben kann, ist es weiterhin günstig, wenn die Zerstörschwellen des Materials für die Schichten 12 möglichst hoch und der Brechungsindex des dritten Materials für die Schichten 13 möglichst hoch ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass die Zerstörschwelle des zweiten Materials mindestens um einen Faktor 1,5, vorzugsweise mindestens einen Faktor 2 höher ist als die Zerstörschwelle des dritten Materials. Bei dem Beispiel der 5 liegt die Zerstörschwelle von HfO₂ als zweitem Material um etwa einen Faktor 2,3 höher als die Zerstörschwelle von TiO₂.
• Zur Anhebung der Zerstörschwelle ist, wie oben beschrieben, vorgesehen, die Abfolge der Lagen 12, 13 aus zweitem und drittem Material so zu wählen, dass die Lichtintensität des den Schichtstapel durchlaufenden Laserpulses, beziehungsweise der sich dabei ausbildenden stehenden Welle in der oder den Lagen 12 aus zweitem Material höher ist als in den Lagen 13 aus drittem Material. Bei dem in 5 gezeigten Beispiel liegen daher die Maxima der Lichtintensität näher an den Lagen 12, während die an Lage 12 angrenzende Lage 13 an der zur Oberfläche des Spiegels hin abfallenden Flanke in einem Bereich geringerer Lichtintensität liegt.
• Für die Schichten 11, 14 kommen nicht nur die im Beispiel der 5 verwendeten Materialien SiO₂, HfO₂ und TiO₂ in Betracht.
• 6 zeigt dazu die Laser-Zerstörschwellen für verschiedene oxidische Materialien in Abhängigkeit des Brechungsindex. Dieses Diagramm gibt Anhaltspunkte für die Auswahl geeigneter Materialien des Schichtstapels. Unter den dargestellten Materialien weist SiO₂ die höchste Zerstörschwelle und einen niedrigen Brechungsindex aus. Dieses Material ist damit besonders als erstes Material geeignet.
• Als erstes Material mit niedrigstem Brechungsindex können neben SiO₂ auch beispielsweise Aluminiumoxid (Al₂O₃), sowie Fluoride, wie Aluminiumfluorid (AlF3), Magnesiumfluorid (MgF), Bariumfluorid (BaF₂), Calziumfluorid (CaF₂), Yttriumfluorid (YF₃), Ytterbiumfluorid (YbF₃), Cerflurid (CeF₃), Dysprosiumfluorid (DyF₃), Gadoliniumfluorid (GdF₃), Lanthanfluorid (LaF₃), Thoriumfluorid (ThF₄) und Natrium-Aluminiumfluorid (Na₃AlF₆) verwendet werden. Ebenfalls möglich ist eine Mischung der vorgenannten Materialien oder eine Dotierung dieser Materialien mit weiteren Elementen oder Verbindungen.
• Sehr hochbrechende Stoffe, die als drittes Material geeignet sind, sind neben dem genannten Titanoxid (TiO₂) auch Nioboxid (Nb₂O₅), Zirkonoxid (ZrO₂) und Tantaloxid (Ta2O5) sowie Zinksulfid (ZnS), Zinkoxid (ZnO) und Zinkselenid (ZnSe) oder eine Mischung, die mindestens einen dieser Stoffe enthält. Eine weitere geeignete Kombination ist z. B. SiO₂ als erstes Material, HfO₂ als zweites Material und Ta₂O₅ als drittes Material. Ebenfalls können diese Materialien sowohl in reiner Form verwendet oder als Mischoxid und/oder mit Dotierung verwendet werden.
• Neben dem genannten HfO₂ ist weiterhin besonders auch SC₂O₃ als zweites Material geeignet. Ebenfalls kann Tantaloxid (Ta₂O₅) verwendet werden. Weitere geeignete Materialien sind Magnesiumoxid (MgO), Yttriumoxid (Y₂O₃), Zirkoniumoxid (ZrO₂) und Zinkoxid (ZnO).
• Eine gut geeignete Kombination ist SiO₂ als erstes, Ta₂O₅ als zweites und TiO₂ als drittes Material. Wie an den beiden vorstehenden Beispielen ersichtlich, gibt es Materialien, die sowohl als zweites, als auch als drittes Material verwendet werden können, abhängig von den jeweiligen anderen Materialien. Bei den beiden vorgenannten Beispielen kommt Ta₂O₅ einmal als zweites, einmal auch als drittes Material in Frage. Gleiches gilt auch für Zinkoxid.
• SC₂O₃ weist bei fast gleichem Brechungsindex eine noch höhere Zerstörschwelle als HfO₂ auf, ist allerdings ein sehr teures Beschichtungsmaterial, dessen Reinheit noch dazu schwer zu kontrollieren ist. Auch hier können gemäß einer Weiterbildung als Bestandteil des zweiten Materials auch Mischungen mit SC₂O₃ und/oder HfO₂, beziehungsweise ein Mischoxid beider Stoffe, sowie auch Beimischungen anderer, vorzugsweise oxidischer Stoffe eingesetzt werden. Um zweite Materialien mit gegenüber dem dritten Material höherer Zerstörschwelle zu erhalten, ist es auch denkbar, Mischungen oder Verbindungen des ersten und zweiten Materials zu verwenden. So kann das zweite Material beispielsweise ein Mischoxid des ersten und dritten Materials sein oder ein Mischoxid enthalten. Denkbar sind ebenfalls Mischungen des ersten Materials und der Materialien, die für die zweite Schicht gut geeignet sind (z. B. als Kombination erstes Material: SiO₂, zweites Material: SiO₂:HfO₂ und drittes Material: TiO₂). Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass das zweite Material das erste und das dritte Material als Bestandteil enthält. Besonders einfach ist hier, das zweite Material als Mischung des ersten und dritten Materials darzustellen. Dabei können auch das erste und/oder das dritte Material wiederum als Mischungen mindestens zweier Bestandteile vorliegen. Würde beispielsweise für das erste Material eine Mischung von AlF₃ und SiO₂ und für das dritte Material eine Mischung von TiO₂ mit ZrO₂ gewählt werden, könnte das zweite Material als Mischung des ersten und dritten Materials dargestellt werden und enthält in diesem Fall alle vier Bestandteile AlF₃, SiO₂, TiO₂, ZrO₂.
• Gegebenenfalls können aber auch ein oder mehrere weitere Bestandteile zusätzlich zu den Bestandteilen des ersten und dritten Materials hinzukommen.
• Mit einer Mischung unterschiedlicher Bestanteile können die Materialien hinsichtlich der Zerstörschwelle auf den Feldstärke-Verlauf maßgeschneidert angepasst werden. das Diagramm der 7 zeigt dies am Beispiel zweier Mischungen, einmal eine Mischung von SiO₂ mit Nb₂O₅ und als zweites Beispiel eine Mischung von SiO₂ mit ZrO₂. In 7 sind zusätzlich die Zerstörschwellen der Ausgangsmaterialien SiO₂, ZrO₂ und NbO₂ den jeweiligen Brechungsindizes gegenübergestellt. Die Zerstörschwellen der Mischungen SiO₂/ZrO₂ und SiO₂/Nb₂O₅ sind für verschiedene Mischungsverhältnisse dargestellt. Bei beiden Mischungen sinkt mit wachsendem SiO₂-Anteil der Brechungsindex, während gleichzeitig die LaserZerstörschwelle anwächst. Mit diesen Verläufen ist es nun möglich, ein Mischungsverhältnis abhängig vom Ort im Schichtstapel und der dort vorliegenden Lichtintensität, beziehungsweise Feldstärke auszuwählen.
• Allgemein ist es günstig, für die Bandbreite nicht durchgehend die drei Materialien einzusetzen. Wie bei den in den 3 bis 5 gezeigten Beispielen kann der Schichtstapel weiterhin eine abwechselnde Abfolge von Schichten 11, 13 des ersten und dritten Materials aufweisen. Diese ist insbesondere unterhalb der Abfolge von Schichten des zweiten und dritten Materials angeordnet, da hier die Lichtintensität niedriger ist. Bei dem in 5 gezeigten Beispiel beginnt die Abfolge von Schichten 11, 13 des ersten und dritten Materials mit der siebten Schicht unterhalb der Oberfläche, also unterhalb der untersten Schicht 12 des zweiten Materials.
• Weiterhin ist es günstig, wie auch bei den in den 3 bis 5 gezeigten Beispiel, die Schichtdicken der Schichten 11, 12, 13 des Schichtstapels so vorzusehen, dass das höchste Maximum 5, gegebenenfalls auch das zweithöchste Maximum der Lichtintensität innerhalb des Schichtstapels in einer Schicht 11 des ersten Materials zwischen den Grenzflächen dieser Schicht liegt. Damit ist der Ort der maximalen Feldstärke in das Material mit der höchsten Zerstörschwelle gelegt. Bei den in 3 und 4 gezeigten Beispielen ist diese Schicht die dritte Schicht des Schichtstapels, eine SiO₂-Lage, gezählt ausgehend von der obersten Lage, die ebenfalls eine SiO₂-Schicht ist. Das Schichtpaket ist hier nur beispielhaft mit einer SiO₂-Schicht überdeckt. Ein solcher Spiegel kann auch gleich mit einer hochbrechenden Schicht, z. B. einer Schicht 13, abschließen. Eine SiO₂-Schicht als Abschluss des Schichtstapels ist insbesondere günstig, um die Oberfläche des Schichtstapels zu schützen.
• Das Design des Beispiels der 5 ist diesbezüglich ähnlich, wobei die zweite hochbrechende Schicht in zwei Teilschichten in Form einer erfindungsgemäßen Abfolge aus Schichten 11, 12 des zweiten und dritten Materials aufgeteilt ist. Demgemäß ist die Schicht 11 des ersten Materials mit dem Maximum der Lichtintensität hier die viertoberste Lage.
• Wie anhand der 3 bis 5 ersichtlich, liegen sowohl die Maxima, als auch die Minima der Feldstärke bei hochbrechenden Schichten im Allgemeinen an deren Grenzflächen. Dies ist günstig, um einerseits die Zerstörungsschwelle des Spiegels zu steigern und gleichzeitig Reflektivität und Bandbreite zu verbessern.
• Damit das höchste Maximum 5 der Lichtintensität eines Laserpulses in eine Schicht 11 des ersten Materials verschoben ist, wird für diese Schicht 11 vorzugsweise eine höhere Schichtdicke als für die weiteren Schichten 11 des ersten Materials vorgesehen.
• Gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung, die auch bei den Ausführungsbeispielen der 3 bis 5 realisiert ist, werden die Schichtabfolge und die Schichtdicken des Schichtstapels 3 so gewählt, dass an der Oberfläche des dielektrischen Spiegels die Lichtintensität ein Minimum aufweist. Das Minimum muss nicht notwendig exakt auf der Oberfläche liegen, wie bei den dargestellten Ausführungsbeispielen. Allerdings ist es günstig, wenn die Lichtintensität an der Oberfläche 10 % des höchsten Maximums der Lichtintensität nicht übersteigt. Mit dieser Weiterbildung wird erzielt, dass Verschmutzungen oder auch Defekte der Oberfläche mit niedriger Zerstörschwelle nicht zu einer Zerstörung des Spiegels führen.
• Um einen erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegel zu konstruieren, können die Verhältnisse zwischen Zerstörungsschwelle und Betrag des elektrischen Feldes ermittelt und dann die Schichtdicken so gewählt werden, dass die elektrischen Felder in den jeweiligen Materialien genau so groß sind, dass es vorzugsweise keine Sollbruchstelle mehr gibt. Idealerweise sollte an allen Maxima pro Material und Grenzflächen die Zerstörungswahrscheinlichkeit gleich sein. Gegebenenfalls ist es nicht notwendig, diese Bedingung exakt zu erfüllen. Vielmehr ist es meist ausreichend, wenn die Verhältnisse aus Zerstörschwelle des jeweiligen zweiten und dritten Materials und der maximalen Lichtintensität in den Schichten um höchstens 25% voneinander abweichen.
• Diese Bedingung ist dabei für Orte innerhalb des Schichtstapels, an welchen die Maxima der Lichtintensität unterhalb der Zerstörschwelle des dritten Materials liegen, nicht mehr notwendig. Bei dem in 5 gezeigten Beispiel gilt die genannte Bedingung für den Bereich des Schichtstapels, in welchem die beiden höchsten Maxima der Lichtintensität liegen. Das dritthöchste Maximum weist bereits eine Feldstärke auf, die unterhalb der Zerstörschwelle des dritten Materials, also hier von TiO2, liegt.
• Vorzugsweise wird der Schichtstapel also so aufgebaut, dass die oben genannte Bedingung mit der Abweichung des Verhältnisses um höchstens 25% für die obersten zwei Abfolgen der Schichten 12, 13 aus zweitem und drittem Material gelten. Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform gilt dies weiterhin auch für die Schicht 11 aus erstem Material, in welchem die höchste Lichtintensität auftritt.
• Der Teil der hochbrechenden Schicht, die sich jeweils aus den beiden Schichten 12, 13 zusammensetzt und in dem das elektrische Feld einen bestimmten Betrag überschreitet (im Beispiel der 5 ca. 20%), besteht aus HfO₂, der restliche aus TiO₂. Dadurch betragen die Maxima des elektrischen Feldes gemäß dem Ausführungsbeispiel 80% innerhalb der SiO₂-Schicht 11, 35% in der HfO₂-Schicht 12 auf einer SiO₂-HfO₂-Grenzfläche und 20% in der TiO₂-Schicht auf einer TiO₂-HfO₂-Grenzfläche. Damit werden die Eigenschaften der beiden hochbrechenden Materialien optimal ausgenutzt.
• Anhand von 8 wird nun erläutert, wie sich eine solche Konfiguration der Schichten auf die Dispersion auswirkt. 8 zeigt dazu die Gruppenlaufzeit-Dispersion (GDD) als Funktion der Wellenlänge für drei verschiedene Schichtstapel. Kurve 20 (kurzgestrichelte Linie) repräsentiert die Dispersion eines SiO₂/TiO₂-Schichtstapels, wie ihn 2 zeigt. Kurve 21 (langgestrichelte Linie) ist die Dispersion eines Schichtstapels gemäß 4, bei welchem ausgehend von dem in 3 gezeigten Beispiel die obersten beiden TiO₂-Schichten durch HfO₂-Schichten ersetzt sind. Kurve 22 schließlich (durchgezogene Linie) ist die Dispersion eines erfindungsgemäßen dielektrischen Spiegels mit einer Schichtabfolge gemäß 5.
• Kurve 20 zeigt sehr gute Bandbreite, allerdings weist der zugehörige dielektrische Spiegel mit einem SiO₂/TiO₂ Schichtstapel eine niedrige Zerstörschwelle auf. Kurve 21 ist ein Optimum der Bandbreite, wenn die hochbrechenden Schichten aus jeweils einem Material bestehen. (hochbrechende Schichten bestehen entweder aus nur TiO2 oder dort, wo die elektrischen Felder hoch sind, nur aus HfO2. Kurve 22 zeigt die Dispersion, wenn hochbrechende Schichten wie erfindungsgemäß vorgesehen auf HfO₂ und TiO₂ aufgeteilt sind. Die Zerstörungsschwelle ist etwa die gleiche wie bei einem Spiegel gemäß 4. Gemäß Kurve 21 ist die Bandbreite der Dispersion aber fast so groß wie bei Kurve 20.
• Bezüglich der Bandbreite bei einer Dispersion von -50 bis 50 fs² ergeben sich bei den Beispielen der 3 bis 5 mit den zugehörigen Dispersionskurven 20 bis 22 folgende Werte:

  	oberste zwei hochbrechende Schichten HfO2, sonst TiO2 (4)	alle hochbrechenden Schichten TiO2 (3)	gemischte hochbrechende Schichten aus Abfolge HfO2/TiO2 (5)
  von [nm]	732,5	728,3	728,3
  bis [nm]	913,5	921,4	920,1
  Bandbreite [nm]	181	194,8	191,8

• Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Schichten eines dielektrischen Spiegels werden bei dem in 5 gezeigten Beispiel demnach mehr als 10 nm Bandbreite der Dispersion (im Bereich von -50 bis 50 fs2) gewonnen, während die Zerstörungsschwelle identisch bleibt.
• 9 zeigt eine Variante der in 5 dargestellten Ausführungsform. Bei dieser Variante ist nur eine hochbrechende Schicht 14 mit dem zweiten und dritten Material vorgesehen. Wie bei dem in 5 gezeigten Beispiel ist diese Schicht 14 aus zwei aufeinanderfolgenden Schichten 12, 13 aus dem zweiten, beziehungsweise dritten Material aufgebaut. Die oberste hochbrechende Schicht des Schichtstapels 3 wird hier nicht durch eine Schicht 14 mit dem zweiten und dritten Material, sondern durch eine Einzelschicht aus dem zweiten Material gebildet. Zwar weist dieses Material (hier wieder HfO₂) gegenüber dem dritten Material (hier TiO₂) einen niedrigeren Brechungsindex auf, allerdings ist der Einfluss dieser Schicht mit gegenüber dem dritten Material etwas niedrigerem Brechungsindex auf die Dispersion vergleichsweise gering. Dafür vereinfacht sich aber der Schichtaufbau. Für diese Ausführungsform der Erfindung gilt allgemein, ohne Beschränkung auf das spezielle dargestellte Ausführungsbeispiel, dass sich im Schichtstapel hoch- und niedrigbrechende Schichten abwechseln, wobei wiederum zumindest einmal innerhalb des Schichtstapels 3 eine Schicht 14 mit dem zweiten und dritten Material gebildet wird, derart, dass die Zusammensetzung der Schicht 14 in Richtung senkrecht zu deren Grenzflächen variiert, so dass an einer Grenzfläche 140 der Schicht 14 das zweite und an der gegenüberliegenden Grenzfläche 141 der Schicht 14 das dritte Material vorhanden ist, und wobei zumindest einmal eine Schicht 12 des zweiten Materials vorhanden ist, welche an eine Schicht 11 des ersten, nicht aber an eine Schicht 13 des dritten Materials angrenzt. Letztere Schicht des zweiten Materials bildet mithin eine hochbrechende Einzelschicht.
• Die Erfindung ist weiterhin nicht auf Ersetzung einer hochbrechenden Schicht durch zwei Schichten 12, 13 mit unterschiedlichen Laserzerstörschwellen beschränkt. Es besteht auch die Möglichkeit, die Abfolge der Schichten des zweiten und dritten Materials fortzusetzen. Mit anderen Worten kann die Abfolge der Lagen 12, 13 des zweiten und dritten Materials Bestandteil einer weitergehenden Abfolge mit einer Lage mit einem vierten Material, gegebenenfalls einer weiteren Lage eines fünften Materials, und so weiter, sein. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Laserzerstörschwelle in der Abfolge von der Lage des zweiten Materials zu Lagen weiterer Materialien sukzessive absinkt und der Brechungsindex vorzugsweise ansteigt, sofern nicht ein Maximum der Feldstärke innerhalb der Schicht 14 liegt.
• 10 zeigt dazu ein Ausführungsbeispiel eines Schichtstapels 3, in welchem die hochbrechende Schicht 14 nicht nur die Schichten 12, 13 des zweiten und dritten Materials, sondern zusätzlich eine Schicht 16 eines vierten und eine Schicht 17 eines fünften Materials aufweist.
• Allgemein, ohne Beschränkung auf das Ausführungsbeispiel ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung daher vorgesehen, dass die Schicht 14 mit dem zweiten und dritten Material zwei Schichten 12, 13 umfasst, wobei eine Schicht 12 eine Schicht des zweiten und die weitere Schicht 13 eine Schicht des dritten Materials ist, und wobei die Schicht 14 mit dem zweiten und dritten Material mindestens eine weitere Schicht eines weiteren Materials enthält. Dabei sind vorzugsweise die Laser-Zerstörschwellen aller Materialien der Schicht 14 unterschiedlich und die Abfolge der Schichten innerhalb der Schicht 14 ist vorzugsweise so gewählt, dass entlang einer Richtung die Laser-Zerstörschwellen der Materialien der Schichten sukzessive ansteigen.
• Des Weiteren kann die Ersetzung der hochbrechenden Schichten mit unterschiedlichen Anzahlen an hochbrechenden Materialien stattfinden. So könnte z. B. der erste hochbrechende Bereich eine Kombination aus drei hochbrechenden Materialien und folgende Ersetzungen nur noch aus zwei hochbrechenden Materialien bestehen.
• Bei den bisher erläuterten Ausführungsformen der Erfindung wurde die Schicht 14 durch eine Abfolge von Schichten mit unterschiedlichen Laser-Zerstörschwellen gebildet. Mit anderen Worten stellt bei diesen Ausführungsformen die Schicht 14 mit dem zweiten und dritten Material (und gegebenenfalls weiteren Materialien) einen Unter-Schichtstapel innerhalb des Schichtstapels 3 des dielektrischen Spiegels 1 dar. Wie anhand von 7 deutlich wird, kann andererseits aber die LaserZerstörschwelle durch Kombination zweier Materialien mit unterschiedlichen Zerstörschwellen abhängig vom Mischungsverhältnis dieser beiden Materialien kontinuierlich variiert werden, wobei sich typischerweise auch eine kontinuierliche Variation des Brechungsindex ergibt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, dass innerhalb der Schicht 14 mit dem zweiten und dritten Material das zweite und dritte Material gemischt vorliegen, wobei in Richtung senkrecht zu den Grenzflächen 140, 141 der Schicht 14 das Verhältnis der Anteile des zweiten und dritten Materials zumindest entlang eines Längenabschnitts kontinuierlich variiert wird. Ein Ausführungsbeispiel dazu zeigt 11.
• Wie auch bei den anderen Ausführungsformen wird die Zusammensetzung der Schicht 14 in Richtung senkrecht zu deren Grenzflächen 140, 141 variiert, so dass an einer Grenzfläche 140 der Schicht 14 das zweite Material 7 und an der gegenüberliegenden Grenzfläche 141 der Schicht 14 das dritte Material 8 vorhanden ist. Im Unterschied zu den bisher beschriebenen Ausführungsformen ist aber die Variation der Zusammensetzung hier kontinuierlich. Dies wird bei dem in 11 gezeigten Beispiel durch das mit einer Schraffur symbolisierte dritte Material 8 dargestellt, dessen Dichte in Richtung von der Grenzfläche 141 zur Grenzfläche 140 hin abnimmt. An der Grenzfläche 141 liegt dabei das dritte Material vor, an der gegenüberliegenden Grenzfläche 140 das zweite Material. Diese Ausführungsform kann auch mit den anderen, bisher beschriebenen Ausführungsformen mit diskreten Schichten 12, 13 kombiniert werden. So kann beispielsweise zwischen den Schichten 12, 13, des zweiten und dritten Materials ein Übergangsbereich mit kontinuierlicher Variation der Zusammensetzung vorgesehen sein.
• Bezugszeichenliste

1

dielektrischer Spiegel

2

Laserpuls

3

Schichtstapel

5

höchstes Maximum der Lichtintensität

6

Verlauf des Quadrats der elektrischen Feldstärke

7

zweites Material

8

drittes Material

11

Schicht eines ersten Materials

12

Schicht eines zweiten Materials

13

Schicht eines dritten Materials

14

Schicht mit zweitem und drittem Material

16

Schicht eines vierten Materials

17

Schicht eines fünften Materials

20, 21, 22

Dispersionskurven

Claims (15)

1. Dielektrischer Spiegel (1), welcher einen Schichtstapel (3) mit einer Abfolge von Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes umfasst, welche als reflektierender Interferenzfilter wirken, wobei die Schichten aus zumindest drei unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Zerstörschwellen gebildet werden, wobei die Zerstörschwelle die Energie pro Fläche eines auf das Material eingestrahlten Laserpulses ist, ab welcher das Material zerstört wird, wobei ein erstes Material unter den drei Materialien den geringsten Brechungsindex und die höchste Zerstörschwelle und das zweite Material eine höhere Zerstörschwelle als das dritte Material aufweist, wobei zumindest einmal innerhalb des Schichtstapels (3) eine hochbrechende Schicht (14) mit dem zweiten und dritten Material gebildet wird, wobei die Schichten des zweiten und dritten Materials Sub-Schichten der hochbrechenden Schicht (14) bilden und wobei die Zusammensetzung der Schicht (14) in Richtung senkrecht zu deren Grenzflächen variiert, so dass an einer Grenzfläche (140) der Schicht (14) das zweite und an der gegenüberliegenden Grenzfläche (141) der Schicht (14) das dritte Material vorhanden ist, wobei die Variation der Zusammensetzung so gewählt ist, dass die Lichtintensität der stehenden Welle eines den Schichtstapel (3) durchlaufenden und vom dielektrischen Spiegel (1) reflektierten Laserpulses (2) im zweiten Material höher ist als im dritten Material.
2. Dielektrischer Spiegel gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei die Schicht (14) mit dem zweiten und dritten Material zwei Schichten (12, 13) umfasst, wobei eine Schicht (12) eine Schicht des zweiten und die weitere Schicht (13) eine Schicht des dritten Materials ist.
3. Dielektrischer Spiegel gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei in der Schicht (14) mit dem zweiten und dritten Material Schichten (12, 13) des zweiten und dritten Materials aufeinanderfolgen, wobei die Abfolge der Schichten (12, 13) so gewählt ist, dass die Lichtintensität der stehenden Welle eines den Schichtstapel (3) durchlaufenden und vom dielektrischen Spiegel (1) reflektierten Laserpulses (2) in der Schicht des zweiten Materials höher ist als in der Schicht (13) des dritten Materials.
4. Dielektrischer Spiegel gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche, wobei die Schicht (14) mit dem zweiten und dritten Material mindestens eine weitere Schicht (16, 17) eines weiteren Materials enthält.
5. Dielektrischer Spiegel gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei die Abfolge der Schichten (12, 13, 16, 17) so gewählt ist, dass entlang einer Richtung die Laser-Zerstörschwellen der Materialien der Schichten (12, 13, 16, 17) sukzessive ansteigen.
6. Dielektrischer Spiegel (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite und dritte Material so ausgewählt sind, dass die Zerstörschwelle des zweiten Materials mindestens um einen Faktor 1,5 höher ist als die Zerstörschwelle des dritten Materials.
7. Dielektrischer Spiegel (1) gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstörschwelle des zweiten Materials mindestens um einen Faktor 2 höher ist als die Zerstörschwelle des dritten Materials.
8. Dielektrischer Spiegel (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eines der Merkmale: - das erste Material umfasst zumindest einen der Stoffe SiO₂, MgF, AlF₃, BaF₂, CaF₂, YF₃, YbF₃, CeF₃, DyF₃, GdF₃, LaF₃, ThF₄, Na₃AlF₆, Al2O3 oder ist eine Mischung, die mindestens einen dieser Stoffe enthält, - das zweite Material umfasst zumindest eines der Materialien HfO₂, Sc₂O₃, Ta₂O₅, Y₂O₃, ZrO₂, MgO, ZnO, - das zweite Material enthält als Bestandteile das erste und das dritte Material, - das dritte Material umfasst zumindest eines der Materialien TiO₂, Nb₂O₅, Ta₂O₅, ZrO2 oder eine Mischung, die mindestens einen dieser Stoffe enthält.
9. Dielektrischer Spiegel (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtstapel (3) weiterhin eine abwechselnde Abfolge von Schichten (11, 13) des ersten und dritten Materials aufweist.
10. Dielektrischer Spiegel (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicken der Schichten (11, 12, 13) des Schichtstapels so ausgelegt sind, dass das höchste Maximum (5) der Lichtintensität eines Laserpulses (2) innerhalb des Schichtstapels (3) in einer Schicht (11) des ersten Materials zwischen den Grenzflächen dieser Schicht (11) liegt.
11. Dielektrischer Spiegel (1) gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (11), in welcher das höchste Maximum der Lichtintensität eines Laserpulses (2) liegt, eine höhere Schichtdicke als die weiteren Schichten (11) des ersten Materials aufweist.
12. Dielektrischer Spiegel gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten des Schichtstapels (3) so aufgebaut sind, dass für die obersten zwei Abfolgen der Schichten (12, 13) aus zweitem und drittem Material die Verhältnisse aus Zerstörschwelle des jeweiligen zweiten und dritten Materials und der maximalen Lichtintensität in den Schichten (12, 13) um höchstens 25% voneinander abweichen.
13. Dielektrischer Spiegel (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtabfolge und die Schichtdicken des Schichtstapels (3) so gewählt sind, dass an der Oberfläche des dielektrischen Spiegels (1) die Lichtintensität ein Minimum aufweist oder die Lichtintensität an der Oberfläche 10 % des höchsten Maximums der Lichtintensität nicht übersteigt.
14. Dielektrischer Spiegel (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schichtstapel (3) zumindest einmal eine Schicht (12) des zweiten Materials vorhanden ist, welche an eine Schicht (11) des ersten, nicht aber an eine Schicht (13) des dritten Materials angrenzt.
15. Dielektrischer Spiegel gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Schicht (14) mit dem zweiten und dritten Material das zweite und dritte Material gemischt vorliegen, wobei in Richtung senkrecht zu den Grenzflächen (140, 141) der Schicht (14) das Verhältnis der Anteile des zweiten und dritten Materials zumindest entlang eines Längenabschnitts kontinuierlich variiert wird.

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