一种宽带激光薄膜反射镜的制作方法

本发明属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种宽带激光薄膜反射镜，以及使用该反射镜的固体染料可调谐激光器。

背景技术：

自1960年红宝石激光器发明以来，为了实现激光波长的调谐输出，人们积极探索可调谐激光介质，在可调谐激光器的前沿研究技术中，主要有固体染料可调谐激光器(调谐范围400-700nm)和全固态钛宝石可调谐激光器(调谐范围600nm-1200nm)。其中，固体染料激光器具有波长调谐范围宽、吸收和增益容易控制、激光转化效率高和输出功率高等特点，在激光光谱研究、大气监测雷达、激光医疗、水下探测、分离同位素以及工业加工等领域具有广泛应用。固体染料激光器的制备方法较多，一般采用溶胶-凝胶的方法将有机激光染料均匀掺杂在有机或无机基质中，再通过改性提高材料的光、热、力等性能。宽带激光反射镜是构成激光谐振腔的重要元件，其表面宽带高反射膜决定了激光输出的波长范围和激光强度等。

高反射镜一般采用高、低折射率的薄膜交替沉积在基底表面，高反射镜的带宽取决于薄膜的等效折射率，理论上折射率差别越大的两种材料，其构成的薄膜反射镜带宽就越大。目前，所有薄膜材料均不能满足在可见光波段中带宽大于300nm的反射镜需求，一般采用反射带叠加的方法实现反射带展宽。反射带展宽通常选择将两个反射带的薄膜叠加在基板表面上，但由此会容易出现两种情况：一种情况是由于膜层厚度增加导致基板的表面形变增加，影响到激光传输的波前继而影响光束质量；另一种情况则是膜层应力大导致膜层容易脱落。基于上述两个原因，如何在实现带宽大于300nm的同时、保持高反射率和低面形变化是宽带反射镜的重要问题。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种宽带激光薄膜反射镜，以解决如何在实现带宽大于300nm的同时、保持高反射率和低面形变化的技术问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种宽带激光薄膜反射镜，该反射镜包括基底，基底的两个表面分别记为A面和B面，A面为激光入射工作面；A面和B面均具有多层反射膜，多层反射膜的基本组合均为一对高、低折射率薄膜，m为基本组合的重复次数，根据对反射率的要求确定m值；反射膜对应的中心波长为λ₀；H和L分别代表高、低折射率材料的λ₀/4光学厚度；

A面的多层反射膜的膜系结构为：基底/α(H L)^mβ(H L)^m/空气，其中α和β分别为A面的基本组合的两个光学厚度系数，单位光学厚度为λ₀/4；

B面的多层反射膜的膜系结构为：基底/α’(H L)^mβ’(H L)^m/空气，其中α’和β’分别为B面的基本组合的两个光学厚度系数，单位光学厚度为λ₀/4；

根据反射镜对带宽的要求确定α、β、α’和β’的值，且满足以下关系：α+β＝α’+β’，α＞β，α’＞β’，α、β、α’、β’均为大于或等于1且小于或等于2。

进一步地，基底材料为对400nm-700nm波段透明的材料。

进一步地，基底材料为熔融石英。

进一步地，高折射率材料为Ta₂O₅，低折射率材料为SiO₂。

进一步地，400nm＜λ₀＜450nm，m为等于或大于11。

进一步地，λ₀＝425nm，m＝11，

进一步地，α＝1.6，β＝1，α’＝1.4，β’＝1.2。

进一步地，对于工作波长在400nm-700nm的激光，反射镜的平均反射率大于99.78％，最低反射率为99.20％，反射带波纹度为0.747％。

此外，本发明还提出一种固体染料可调谐激光器，包括上述宽带激光薄膜反射镜。

进一步地，激光器的光谱调谐范围为400nm-700nm。

(三)有益效果

本发明采用双面薄膜的方法，反射镜带宽大于300nm，通过合理选择高、低折射率薄膜的光学厚度系数和基本组合的重复次数，有助于提高宽带反射率，同时兼顾薄膜应力致面形误差变化的控制。本发明的宽带激光薄膜反射镜能够提高400nm-700nm波长范围的反射率，可应用在固体染料可调谐激光器中。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中宽带激光薄膜反射镜结构；

图2为本发明具体实施方式中两种薄膜材料的折射率；

图3为本发明具体实施方式中A面的光谱反射率；

图4为本发明具体实施方式中B面的光谱反射率；

图5为本发明具体实施方式中反射镜的整体光谱反射率。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明具体实施方式公开一种宽带激光薄膜反射镜，反射镜结构如图1所示。反射镜的基底材料为熔融石英。基底的两个表面分别记为A面和B面，A面为激光入射工作面。A面和B面均具有多层反射膜，多层反射膜的基本组合均为一对高、低折射率薄膜，高折射率材料为Ta₂O₅，低折射率材料为SiO₂。两种薄膜材料对于不同波长的折射率，如图2所示。基本组合的重复次数m＝11。反射膜对应的中心波长为λ₀＝425nm，H和L分别代表高、低折射率材料的λ₀/4光学厚度。

A面和B面的高、低折射率薄膜的光学厚度系数分别为α＝1.6，β＝1，α’＝1.4，β’＝1.2。

A面的多层反射膜的膜系结构为：基底/(1.6H 1.6L)^11(1H1L)^11/空气。A面的光谱反射率，如图3所示。A面的多层反射膜物理厚度为3441.8nm。

B面的多层反射膜的膜系结构为：基底/(1.4H 1.4L)^11(1.2H1.2L)^11/空气。B面的光谱反射率，如图4所示。B面的多层反射膜物理厚度为3441.8nm。

宽带激光薄膜反射镜的整体光谱反射率，如图5所示。由图5可见，对于工作波长在400nm-700nm的激光，反射镜的平均反射率为99.78％，最低反射率为99.20％，反射带波纹度为0.747％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。