本發(fā)明屬于光學(xué)薄膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超寬帶激光薄膜反射鏡，以及使用該反射鏡的全固態(tài)鈦寶石寬帶可調(diào)諧激光器。

背景技術(shù)：

自1960年激光器出現(xiàn)以來(lái)，可調(diào)諧激光一直是激光領(lǐng)域研究的一個(gè)重要內(nèi)容?？烧{(diào)諧寬帶激光光源在光通訊、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、光學(xué)相干層析成像、激光水下探測(cè)、分離同位素、激光遙感以及精密光譜學(xué)研究等許多重要領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧激光輸出主要有固體染料和固體鈦寶石作為激光介質(zhì)的固體激光器；鈦寶石激光器具有寬的光譜調(diào)諧范圍(660nm-1200nm)，是目前在近紅外波段調(diào)諧范圍最寬的激光器之一。在鈦寶石激光器的振蕩級(jí)諧振腔和放大級(jí)光路中的關(guān)鍵元件之一是寬帶激光反射鏡，其帶寬需覆蓋660nm-1200nm整個(gè)波段，其反射率和面形誤差決定了鈦寶石激光輸出的能量和光束質(zhì)量等特性，甚至決定著整個(gè)激光系統(tǒng)是否可以出光。因此，帶寬大于500nm的寬帶激光反射鏡在激光系統(tǒng)的作用不可忽略。

傳統(tǒng)的寬帶反射鏡采用金屬薄膜的方式，在激光器應(yīng)用中激光損傷的問(wèn)題較為明顯。介質(zhì)反射鏡可通過(guò)物理氣相沉積技術(shù)實(shí)現(xiàn)，一般采用兩種薄膜材料交替沉積在基底(如石英、BK7等)表面。由于固體可調(diào)諧激光的帶寬大于500nm，因此傳統(tǒng)的反射膜規(guī)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能滿足帶寬的需求。使用全數(shù)值計(jì)算的非規(guī)整薄膜設(shè)計(jì)具有層數(shù)多、應(yīng)力大的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：1)采用非規(guī)整的膜層光學(xué)厚度材料組合，薄膜層數(shù)多應(yīng)力大容易導(dǎo)致薄膜出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象；2)在制備高反射率薄膜的過(guò)程中，強(qiáng)烈非平衡的物理過(guò)程使薄膜內(nèi)容易產(chǎn)生較高的應(yīng)力，即使薄膜不出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象，也會(huì)導(dǎo)致基底出現(xiàn)彈性形變，在使用過(guò)程中激光波前易發(fā)生畸變。如何進(jìn)一步提高反射鏡的帶寬又能夠降低薄膜的應(yīng)力，在實(shí)際制備中又具有較強(qiáng)的可實(shí)現(xiàn)性，是寬帶激光反射鏡面臨的主要問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明提出一種超寬帶激光薄膜反射鏡，以解決如何進(jìn)一步提高反射鏡的帶寬又能夠降低薄膜的應(yīng)力的技術(shù)問(wèn)題。

(二)技術(shù)方案

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種超寬帶激光薄膜反射鏡，該反射鏡包括基底，基底的兩個(gè)表面分別記為A面和B面，A面為激光入射工作面；A面和B面均具有多層反射膜，其中：

A面的多層反射膜對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)為λ_a，多層反射膜的膜系結(jié)構(gòu)為：基底/(1H_a1L_a)^m_a/空氣，其中多層反射膜的基本組合為一對(duì)高、低折射率薄膜，m_a為基本組合的重復(fù)次數(shù)，H_a和L_a分別代表高、低折射率材料的λ_a/4光學(xué)厚度；

B面的多層反射膜對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)為λ_b，多層反射膜的膜系結(jié)構(gòu)為：基底/(1H_b1L_b)^m_b/空氣，其中多層反射膜的基本組合為一對(duì)高、低折射率薄膜，m_b為基本組合的重復(fù)次數(shù)，H_b和L_b分別代表高、低折射率材料的λ_b/4光學(xué)厚度；

A面的多層反射膜與B面的多層反射膜的物理厚度基本相同，即滿足以下公式：

${\mathrm{\λ}}_a{m}_a\[\frac{n_{aH}\left({\mathrm{\λ}}_a\right)+n_{aL}\left({\mathrm{\λ}}_a\right)}{n_{aH}\left({\mathrm{\λ}}_a\right)n_{aL}\left({\mathrm{\λ}}_a\right)}\]\≈{\mathrm{\λ}}_b{m}_b\[\frac{n_{bH}\left({\mathrm{\λ}}_b\right)+n_{bL}\left({\mathrm{\λ}}_b\right)}{n_{bH}\left({\mathrm{\λ}}_b\right)n_{bL}\left({\mathrm{\λ}}_b\right)}\]$

其中，n_aH(λ_a)、n_aL(λ_a)分別為A面的高、低折射率材料在中心波長(zhǎng)λ_a處的折射率，n_bH(λ_b)、n_bL(λ_b)分別為B面的高、低折射率材料在中心波長(zhǎng)λ_b處的折射率。

進(jìn)一步地，基底材料為對(duì)660nm-1200nm波段透明的材料。

進(jìn)一步地，基底材料為熔融石英。

進(jìn)一步地，A面的高折射率材料為金屬氧化物，低折射率材料為SiO₂；B面的高折射率材料為Si，低折射率材料為金屬氧化物。

進(jìn)一步地，A面的金屬氧化物為T(mén)a₂O₅，B面的金屬氧化物為Al₂O₃。

進(jìn)一步地，λ_a為700nm，m_a為15；λ_b為945nm，m_a為15。

進(jìn)一步地，對(duì)于工作波長(zhǎng)在660nm-1200nm的激光，反射鏡的平均反射率大于99.80％，最低反射率為99.38％。

本發(fā)明還提出一種全固態(tài)鈦寶石寬帶可調(diào)諧激光器，包括上述超寬帶激光薄膜反射鏡。

進(jìn)一步地，激光器的光譜調(diào)諧范圍為660nm-1200nm。

(三)有益效果

本發(fā)明采用雙面薄膜的方法，合理選擇薄膜材料，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力匹配設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)計(jì)薄膜的結(jié)構(gòu)有助于提高寬帶反射率，同時(shí)兼顧薄膜應(yīng)力致面形誤差變化的控制。本發(fā)明提出一種能夠提高660nm-1200nm波長(zhǎng)范圍的反射率的超寬帶激光薄膜反射鏡，可應(yīng)用于全固態(tài)鈦寶石寬帶可調(diào)諧激光器中。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式中超寬帶激光薄膜反射鏡結(jié)構(gòu)；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式中A面兩種薄膜材料的折射率；

圖3為本發(fā)明具體實(shí)施方式中A面的光譜反射率；

圖4為本發(fā)明具體實(shí)施方式中B面兩種薄膜材料的折射率；

圖5為本發(fā)明具體實(shí)施方式中B面的光譜反射率；

圖6為本發(fā)明具體實(shí)施方式中反射鏡的整體光譜反射率。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明實(shí)施例的超寬帶激光薄膜反射鏡，反射鏡結(jié)構(gòu)如圖1所示。反射鏡的基底材料為熔融石英?；椎膬蓚€(gè)表面分別記為A面和B面，A面為激光入射工作面。

A面構(gòu)成基本組合的高折射率材料為T(mén)a₂O₅，低折射率材料為SiO₂。兩種薄膜材料對(duì)于不同波長(zhǎng)的折射率，如圖2所示。A面的多層反射膜對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)λ_a＝700nm，根據(jù)圖2確定Ta₂O₅和SiO₂在700nm處的折射率?；窘M合的重復(fù)次數(shù)m_a＝15。A面的膜系結(jié)構(gòu)為：基底/(1H_a 1L_a)^15/空氣。A面的光譜反射率，如圖3所示。A面的多層反射膜總厚度為3047.8nm。

B面構(gòu)成基本組合的高折射率材料為Si，低折射率材料為Al₂O₃。兩種薄膜材料對(duì)于不同波長(zhǎng)的折射率，如圖4所示。B面的多層反射膜對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)λ_b＝945nm，根據(jù)圖4確定Si和Al₂O₃在945nm處的折射率。基本組合的重復(fù)次數(shù)m_b＝15。B面的膜系結(jié)構(gòu)為：基底/(1H_b1L_b)^15/空氣。B面的光譜反射率，如圖5所示。B面的多層反射膜總厚度為3122.8nm。

超寬帶激光薄膜反射鏡的整體光譜反射率，如圖6所示。由圖6可見(jiàn)，對(duì)于工作波長(zhǎng)在660nm-1200nm的激光，反射鏡的平均反射率大于99.80％，最低反射率為99.38％。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。