專利名稱：激光反射鏡的制作方法
技術領域：
激光反射鏡技術領域[0001]本實用新型涉及激光反射鏡領域，尤其涉及一種具有高損傷閾值高反射率的激光反射鏡。
背景技術：
[0002]在高功率激光系統中，光學薄膜是一個非常重要而又是最易損傷的薄弱環節，隨著激光器輸出功率和能量的不斷提高，對激光器諧振腔反射鏡的反射率和損傷閾值提出了越來越高的要求，傳統的全介質激光反射鏡通常采用高低折射率兩種氧化物材料，按照規整的四分之一光學厚度交替疊加，反射率的高低決定于兩種材料折射率的差值和疊加的膜層數，折射率差值越大，疊加膜層數越多，理論上獲得的反射率就越高，但實際上膜層的層數不可能無限的增加，最高可達到的反射率要受到膜層吸收和散射損耗的限制。而且層數越多，膜層應力越大，引入節瘤缺陷的幾率也越大，鍍制成本也會隨之增加。從激光對薄膜的破壞角度來說，膜層材料應具有高的抗激光損傷閾值，沒有高的閾值，獲得再高的反射率也沒有實用價值。傳統上高損傷閾值激光反射鏡制造，主要是在膜層材料上選用耐損傷能力強的高低折射率薄膜材料組合如Hf02/Si02，Y203/Si02，通過規整的四分之一光學厚度交替疊加來同時實現高的反射率要求。SiO2在工作波長上吸收系數很小，呈均勻的微粒生長，具有極高的激光損傷閾值，是一種理想的低折射率材料，目前在高性能激光反射鏡制造上存在的問題是可選用的高折射率材料非常有限，往往是具有較高折射率的材料，如 Ta2O5, TiO2, Nb2O5等一般為低熔點材料，其抗激光損傷閾值較低，在激光輻照過程中能量累積對薄膜燒蝕效應明顯。而具有高抗激光損傷能力的材料，如HfO2, Y2O3, ZrO2等，其折射率偏低，達到高反射率要求存在所需層數多，在膜系制備中存在層數較多，膜面粗糙，鍍制難度大的缺點。而對于像Al2O3材料，具有極高的抗激光損傷閾值，但該材料折射率較HfO2, Y2O3等還顯偏低，作為高折射率材料進行組合，需要鍍制極多的膜層數才能滿足反射率要求，而且由于折射率差值小，反射帶寬也很有限，因此很難獲得實用。正因為這樣，研究人員一直致力于新型激光反射鏡的研制。如何能夠選用適當的膜層組合，在較少的層數下制備出高反射率，高損傷閾值的激光反射鏡成為一個難點。實用新型內容[0003]本實用新型旨在提供一種即具有高損傷閾值又滿足高反射率的激光反射鏡。[0004]為了解決上述問題，本實用新型提供一種激光反射鏡，包括基底層，所述基底層上依次設有由多層四分之一光學厚度薄膜層構成的高反射膜堆、由多層二分之一光學厚度薄膜層構成的連接膜堆、由多層四分之一光學厚度薄膜層構成的激光抵抗膜堆和由多層二分之一光學厚度薄膜層構成的保護膜堆。[0005]其中，所述高反射膜堆由高折射率薄膜層和低折射率薄膜層依次交替疊加組成， 所述高折射率薄膜層是TiO2薄膜層、Nb2O5薄膜層和Ta2O5薄膜層中的一種，所述低折射率薄膜層是SiO2薄膜層。[0006]其中，所述高反射膜堆最外側與所述連接膜堆貼合的薄膜層為SiO2薄膜層。[0007]其中，所述激光抵抗膜堆由具有高損傷閥值的薄膜層和低折射率薄膜層依次交替疊加組成，所述有高損傷閥值的薄膜層是AL2O3薄膜層、Y2O3薄膜層、HfO2薄膜層中的一種， 所述低折射率薄膜層為SiO2薄膜層。[0008]其中，所述激光抵抗膜堆設有奇數層的薄膜層。[0009]其中，所述連接膜堆是由SiO2薄膜層組成。[0010]其中，所述保護膜堆是由SiO2薄膜層組成。[0011]區別于現有技術的全介質激光反射鏡通常采用高低折射率兩種氧化物材料，按照規整的四分之一光學厚度交替疊加，反射率的高低決定于兩種材料折射率的差值和疊加的膜層數，折射率差值越大，疊加膜層數越多，理論上獲得的反射率就越高，但實際上膜層的層數不可能無限的增加，最高可達到的反射率要受到膜層吸收和散射損耗的限制，本實用新型的有益效果是，設有激光抵抗膜堆，可以有效的將激光對反射膜堆的損傷降低，因此高反射膜堆可以充分的發揮其高反射的能力而不必考慮激光損傷，這樣可以使得高反射膜堆選擇使用適當的薄膜材料完成高反射的任務，可以減少薄膜的層數同時又能達到傳統激光反光鏡的要求，使得本實用新型的激光反光鏡總體的鍍膜厚度降低，節省材料，同時因降低鍍膜的層數而提高生產速度。
[0012]圖I是本實用新型激光反射鏡的一種結構示意圖；[0013]圖2為本傳統全介質激光反射鏡膜堆結構中的電場強度分布示意圖；[0014]圖3為本實用新型激光反射鏡膜堆結構中的電場強度分布示意；[0015]圖4為本實用新型激光反射鏡反射光譜和傳統采用耐損傷材料激光反射鏡反射光譜對比圖。[0016]其中1、基底層；2、高反射膜堆；3、連接膜堆；4、激光抵抗膜堆；5、保護膜堆。
具體實施方式
[0017]為詳細說明本實用新型的技術內容、構造特征、所實現目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖詳予說明。[0018]請參閱圖1，本實施方式提供一種激光反射鏡，包括基底層1，所述基底層I上依次設有由多層四分之一光學厚度薄膜層構成的高反射膜堆2、由多層二分之一光學厚度薄膜層構成的連接膜堆3、由多層四分之一光學厚度薄膜層構成的激光抵抗膜堆4和由多層二分之一光學厚度薄膜層構成的保護膜堆5。本實用新型設有激光抵抗膜堆4，可以有效的將激光對高反射膜堆2的損傷降低，因此高反射膜堆2可以充分的發揮其高反射的能力而不必考慮激光損傷，這樣可以使得高反射膜堆2選擇使用適當的薄膜材料完成高反射的任務，可以減少薄膜的層數同時又能達到傳統激光反光鏡的要求，使得本實用新型的激光反光鏡總體的鍍膜厚度降低，節省材料，同時因降低鍍膜的層數而提高生產的速度。[0019]在本實施例中，所述高反射膜堆2由高折射率薄膜層和低折射率薄膜層依次交替疊加組成，所述高折射率薄膜層是TiO2薄膜層、Nb2O5薄膜層和Ta2O5薄膜層中的一種，所述低折射率薄膜層是SiO2薄膜層。在本實施例中，高反射膜堆2中，每一層的薄膜厚度為激4光反射鏡中心波長的四分之一光學厚度，高反射膜堆2的膜層數取決于中心波長要求達到的反射率，通常在24層-38層之間，層數越多，意味著中心波長反射率越高，同時吸收和散射的也越多。[0020]在本實施例中，所述高反射膜堆2最外側與所述連接膜堆3貼合的薄膜層為SiO2 薄膜層，這樣可以對具有高折射率的薄膜層起到一定的保護作用。[0021]在本實施例中，所述激光抵抗膜堆4由具有高損傷閥值的薄膜層和低折射率薄膜層依次交替疊加組成，所述有高損傷閥值的薄膜層是AL2O3薄膜層、Y2O3薄膜層、HfO2薄膜層中的一種，所述低折射率薄膜層為SiO2薄膜層。所述AL203、Y203和HfO2都是具有很高的激光損傷閥值的中等折射率材料，抗激光損傷性能很強，這樣可以有效的降低激光對高反射膜堆2的損傷。[0022]在本實施例中，所述激光抵抗膜堆4 一般是設有奇數層的薄膜層，這樣可以使得激光的光路更好的進入和射出反光鏡，當然也可以是偶數層。在本實施例中，激光抵抗膜堆 4各層厚度為激光反光鏡中心波長的四分之一光學厚度，膜層數決定于激光在膜堆中的電場強度分布情況，通常為4-7層就可以將激光對高反射膜堆2的損傷降到可以接受的范圍。[0023]在本實施例中，所述的連接膜堆3采用的是由多層SiO2薄膜層組成，主要是起到過度的作用，同時對高反射膜堆2進行界面改善并起到保護膜作用提高其抗激光損傷能力。在本實施例中，所述的保護膜堆5是由多層SiO2薄膜組成，折射率低且材質通用。[0024]傳統的全介質激光反射鏡的電場分布如圖2所示，具體膜堆結構為Ti02/Si02反射膜堆基底/ (HL) ~ IOH/空氣，反射中心波長為1064nm從分布曲線可以看出，激光電場強度較強部分主要分布在靠近外側的六層高低折射率膜層交界處，最高相對電場強度為O. 718，也就是這部分最容易發生激光損傷，越到內部，場強衰減越厲害，超過第六層后，電場強度分布趨向于零，所以在膜堆內側，是越來越不容易發生損傷的。[0025]本實用新型激光反射鏡膜堆結構中的電場強度分布如圖3所示，具體膜堆結構為基底/(HL) ~132L(ML) ~3M2L/空氣，其中反射中心波長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,從分布場強可以看到，電場強度最大值分布在SiO2保護層中，電場強度值比較大部分主要分布在Al203/Si02激光抵抗膜堆中， 而主要用于實現高反射率的Ti02/Si02膜堆的電場強度非常小，易發生損傷的TiO2膜層最高場強峰值相對強度只有O. 075，相比原有場強值有了非常大幅的下降。所以該結構提高了整個膜堆的抗激光損傷能力，也保證了高的反射率。[0026]圖4為本實用新型激光反射鏡反射光譜(圖中實線)和傳統采用耐損傷材料激光反射鏡反射光譜(圖中虛線)對比圖，可以看出，為達到99. 97%的中心波長反射率要求，采用本實用新型提出的膜堆結構為基底/ (HL) ~ 102L (ML) ~2M2L/空氣，總膜層數為26層，總物理厚度為4600nm，而采用Hf02/Si02為材料的傳統激光反射鏡，達到99. 97%的中心波長反射率要求，需要采用的膜堆結構為基底/ (HL) ~ 172L/空氣，總膜層數為35層，總物理厚度達到5654nm ;同時采用本實用新型所獲得的主反射帶寬要遠大于采用傳統高損傷材料Hf02/ Si02所獲得的反射帶寬，所以采用本實用新型激光反射鏡結構，在相同反射率要求條件下， 可以實現較少的膜層數和薄膜厚度，并獲得更寬的反射帶。[0027]本實用新型的原理是在激光射到激光反光鏡上的時候，首先會經過一激光抵抗膜堆4，所述的激光抵抗膜堆4將激光對激光反射鏡的損傷能量降到最低或高反射膜堆2能夠接受的范圍，也就是說使用具有高損傷閥值的薄膜堆做激光抵抗膜堆4，使用具有高反射率但是同時是低損傷閥值的薄膜堆做高反射膜堆2，使用相應的材料完成對應的任務，可以有效的提高效率，并且節省使用材料和降低激光反射鏡的物理厚度。[0028]以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。
權利要求1.一種激光反射鏡，包括基底層，其特征在于，所述基底層上依次設有由多層四分之一光學厚度薄膜層構成的高反射膜堆、由多層二分之一光學厚度薄膜層構成的連接膜堆、由多層四分之一光學厚度薄膜層構成的激光抵抗膜堆和由多層二分之一光學厚度薄膜層構成的保護膜堆。
2.根據權利要求I所述的激光反射鏡，其特征在于，所述高反射膜堆由高折射率薄膜層和低折射率薄膜層依次交替疊加組成，所述高折射率薄膜層是TiO2薄膜層、Nb2O5薄膜層和Ta2O5薄膜層中的一種，所述低折射率薄膜層是SiO2薄膜層。
3.根據權利要求2所述的激光反射鏡，其特征在于，所述高反射膜堆最外側與所述連接膜堆貼合的薄膜層為SiO2薄膜層。
4.根據權利要求I所述的激光反射鏡，其特征在于，所述激光抵抗膜堆由具有高損傷閥值的薄膜層和低折射率薄膜層依次交替疊加組成，所述有高損傷閥值的薄膜層是AL2O3薄膜層、Y2O3薄膜層、HfO2薄膜層中的一種，所述低折射率薄膜層為SiO2薄膜層。
5.根據權利要求4所述的激光反射鏡，其特征在于，所述激光抵抗膜堆設有奇數層的薄膜層。
6.根據權利要求1-5任一項所述的激光反射鏡，其特征在于，所述連接膜堆是由SiO2薄膜層組成。
7.根據權利要求1-5任一項所述的激光反射鏡，其特征在于，所述保護膜堆是由SiO2薄膜層組成。
專利摘要本實用新型提供一種激光反射鏡，包括基底層，所述基底層上依次設有由多層四分之一光學厚度薄膜層構成的高反射膜堆、由多層二分之一光學厚度薄膜層構成的連接膜堆、由多層四分之一光學厚度薄膜層構成的激光抵抗膜堆和由多層二分之一光學厚度薄膜層構成的保護膜堆。本實用新型的有益效果是，設有激光抵抗膜堆，可以有效的將激光對反射膜堆的損傷降低，因此高反射膜堆可以充分的發揮其高反射的能力而不必考慮激光損傷，這樣可以使得高反射膜堆選擇使用適當的薄膜材料完成高反射的任務，可以減少薄膜的層數同時又能達到傳統激光反光鏡的要求，使得本實用新型的激光反光鏡總體的鍍膜厚度降低，節省材料，同時因降低鍍膜的層數而提高生產的速度。
文檔編號G02B1/10GK202815247SQ20122039703
公開日2013年3月20日 申請日期2012年8月6日 優先權日2012年8月6日
發明者卜軼坤, 關振奮, 吳冠偉, 張慎興 申請人:晉譜(福建)光電科技有限公司