專利名稱：飛秒激光器的相位薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種飛秒(10-14秒)激光器的相位薄膜，主要用于飛秒激光器中補(bǔ)償激光束在工作物質(zhì)的色散和相位自調(diào)制。壓縮飛秒激光束的脈沖寬度。
已有技術(shù)1用于激光器的普通高反射膜。
2采用Gires-Tounois(G-T)結(jié)構(gòu)的薄膜。
3能夠控制可見光的透射、紅外光的反射的多層膜，如歐州專利E.P.0622645所描述的。
4具有高低折射率材料用于透射紅外線反射可見光的薄膜，如美國(guó)專利USP.4983001所述。
5采用高低折射率材料能夠控制電磁波透射，透可見和紅外光的薄膜，如美國(guó)專利USP.4932754所述。
上述已有技術(shù)存在不足之處是技術(shù)1薄膜在用于激光器的腔片時(shí)，激光器需要加棱鏡和光柵等色散元件來(lái)補(bǔ)償激光在工作物質(zhì)中的色散，技術(shù)2采用R＜1，R＝1的兩個(gè)反射結(jié)構(gòu)的薄膜，可以對(duì)秒激光的脈沖寬度進(jìn)行壓縮，但是還是需要棱鏡作補(bǔ)償。技術(shù)3、4、5都不是用于激光器的薄膜。
本發(fā)明的目的采用相位薄膜可以利用薄膜自身的色散來(lái)補(bǔ)償激光在工作物質(zhì)中的色散和相位自調(diào)制，使激光器的結(jié)構(gòu)更加緊密，激光束輸出更加穩(wěn)定。
本發(fā)明的薄膜結(jié)構(gòu)在一基底1上沉積薄膜2，薄膜2由高M(jìn)h低M1折射率材料的膜層交替疊合而構(gòu)成，如當(dāng)薄膜2為n層時(shí)，高折射率材料Mh所占的膜層為Mh＝1，3，5，…n±1，低折射率材料為M1所占的膜層為M1＝2，4，6，…n±1；或者是Mh＝2，4，6，…n±1，M1＝1，3，5，…n±1(附圖1)，薄膜2既具有寬帶高反射又具有相位補(bǔ)償特點(diǎn)，各層膜層的厚度di(j＝1，2，3，…k)不相等，可根據(jù)飛秒激光器的工作物質(zhì)中的色散和相位自調(diào)制，再通過(guò)計(jì)算薄膜的反射率和相位變化而得到。
薄膜的制備采用常規(guī)的電子束蒸發(fā)沉積，基底1在沉積薄膜2以前需要采用化學(xué)和物理方法對(duì)基底進(jìn)行清潔處理，使薄膜與基底之間具有良好的附著力，薄膜在沉積過(guò)程中加溫，使之具有好的激光閾值，薄膜2的膜系結(jié)構(gòu)需要作特殊的設(shè)計(jì)。
薄膜2的反射率和反射相位的變化可以通過(guò)薄膜的特征矩陣得到，K層薄膜結(jié)構(gòu)的特征矩陣為BC=Πj=1kcosσji/ηjsinσjiηjsinηjcosσj1ηk+1………(1)]]>σj為膜層的位相厚度，σj=2πλnjdjcosθj]]>nj為膜層的折射率，dj為膜層的厚度，θj為折射角，ηj為膜層的導(dǎo)納，
為薄膜的特征矩陣，j＝1，2，3，…k薄膜2和基底1的組合導(dǎo)納為Y＝C/B………………………………(2)則
薄膜2的反射相移為φ=arctg{iη0(CB*-BC*)(η02BB*-CC*)}………(4)]]>薄膜2的群速度延遲(GDT)為反射相移φ對(duì)角頻率ω求導(dǎo)的負(fù)值，即φ′=-dφdω………(5)]]>薄膜2的群速度色散(GDD)則為群速度延遲對(duì)角頻率ω求導(dǎo)，即φ′′=d′′φdω′′………(6)]]>當(dāng)薄膜的群速度色散正好能補(bǔ)償光在晶體中的色散和相位調(diào)制中的啁啾時(shí)，材料展寬的脈沖被壓縮。
根椐飛秒激光的工作物質(zhì)的特點(diǎn)調(diào)節(jié)薄膜的結(jié)構(gòu)，使薄膜在寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，具有能夠補(bǔ)償飛秒激光工作物質(zhì)中的色散和相位自調(diào)制，壓縮激光的脈沖寬度。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明可以在不需要棱鏡和光柵等色散元件補(bǔ)償激光在工作物質(zhì)中的色散，直接采用薄膜相位補(bǔ)償來(lái)達(dá)到壓縮脈沖寬度的目的，可以使激光器的結(jié)構(gòu)更加緊湊，輸出激光束更加穩(wěn)定可靠。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意中1是指基底，2是薄膜3，5，7，9，...27等奇數(shù)層是低折射率材料SiO2的膜層M14，6，8，...28等偶數(shù)層是高折射率材料TiO2的膜層Mh圖2是薄膜2反射光譜曲線3是薄膜2的群速度延遲曲線4是薄膜2的群速度相位色散圖實(shí)施例薄膜2的層數(shù)n＝28，高折射率材料Mh為TiO2，低折射率材料M1為SiO2，通過(guò)計(jì)算得出各膜層的厚度dj為15.5nm/16nm/16.5nm/17nm/17.5nm/18nm/18.5nm/19nm/19.5nm/20nm/20nm/20nm/20nm/20nm/20nn/20nm/20nm/20nm/20nm/20.5nm/21.nm/21.5nm/22nm/22.5nm/23nm/23.nm/23nm/16nm/基底，這個(gè)28層結(jié)構(gòu)的多層薄膜，奇數(shù)層為TiO2，偶數(shù)層為SiO2，如附圖1所示。薄膜在沉積前，高真空度達(dá)到1×10-5Torr，基底的溫度加熱到250℃，在沉積TiO2膜層時(shí)，需要向真空室中允入氧氣，使真空達(dá)度到2×10-4Torr，膜層厚度控制采用石英晶體振監(jiān)控儀。沉積TiO2膜層時(shí)，加高壓為1800V，蒸發(fā)電流為2A。沉積SiO2膜層時(shí)，蒸發(fā)電子槍所加的高壓為1000V，蒸發(fā)電流為0.5A，28層膜層交替疊合沉積完成后，薄膜2的反射光譜曲線如圖2所示，群速度延遲曲線如圖3所示，相位色散如圖4所示。
權(quán)利要求
1.一種飛秒激光器的相位薄膜，含有基底(1)和沉積在基底(1)上的薄膜(2)，其特征在于薄膜(2)是由多層膜層厚度dj(j＝1，2，3，…k)不相等的高折射率材料的膜層Mh和低折射率材料的膜層M1交替疊合而構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位薄膜，其特征在于(1)薄膜(2)結(jié)構(gòu)的特征矩陣為BC=Πj=1kcosσji/ηjsinσjiηjsinηjcosσj1ηk+1----(1)]]>(2)薄膜(2)和基底(1)的組合導(dǎo)納為Y＝C/B………………………………(2)(3)薄膜(2)的反射率R為R=(η0B-Cη0B+C)(η0B-Cη0B+C)*………(3)]]>(4)薄膜(2)的反射相移為φ=arctg{iη0(CB*-BC*)(η02BB*-CC*)}………(4)]]>(5)薄膜(2)的群速度延遲(GDT)為反射相移φ對(duì)角頻率ω求導(dǎo)的負(fù)值，即φ′=-dφdω.......(5)]]>(6)薄膜(2)的群速度色散(GDD)為群速度延遲(GDT)對(duì)角頻率ω求導(dǎo)，即φ′′=d′′φdω′′………(6)]]>上述算式中σj為膜層的位相厚度，σj=2πλnjdjcosθj]]>nj為膜層的折射率，dj為膜層的厚度，θj為折射角，ηj為膜層的導(dǎo)納，*為復(fù)數(shù)共軛。
全文摘要
一種飛秒(10
文檔編號(hào)H01S3/05GK1168012SQ9611638
公開日1997年12月17日 申請(qǐng)日期1996年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月7日
發(fā)明者王明利, 范正修 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所