一种用于板条激光器的晶体全反射面的减反射结构的制作方法

本发明涉及光学材料领域，尤其是涉及一种用于板条激光器的晶体全反射面的减反射结构。

背景技术：

板条激光器由于其全反射光路结构可以减小热效应及应力双折射等因素的不利影响，并获得高输出能量和良好的光束质量，因而被广泛应用于各种高能激光系统中。在高功率板条激光器中，其全反射面由板条晶体与外层的低折射率sio2薄膜构成，低折射率sio2薄膜再与热沉相连以带走废热。在板条激光器中，自发辐射放大(ase)是限制激光器输出能量和降低光束质量的重要因素。

ase是一种受激发射，当增益介质被泵浦产生粒子数反转时，ase就会产生。ase光线可分为2类：一类ase光在全反射面的入射角大于全反射角，这种ase光无法抑制，但是由于其角度大振荡次数少，并不是ase放大的主要途径；另一类ase光在全反射面的入射角小于全反射角，入射到板条上角度越小的光线，其在晶体中振荡的次数越多，它们是导致ase迅速恶化的关键因素。抑制ase需要减少板条晶体内入射角小于全反射临界角的ase光的反射。

板条晶体内入射角小于全反射临界角的ase光的反射主要由两部分组成：板条晶体与低折射率sio2薄膜界面的反射，sio2薄膜与金属热沉界面的反射。目前已有研究通过增加吸收膜大幅减小了sio2薄膜与金属热沉界面的反射，但此方法对于减小板条晶体与sio2薄膜界面的反射并不适用。在实际应用中，需要一种新的方法来减小板条晶体与低折射率sio2薄膜界面的反射。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于板条激光器的晶体全反射面的减反射结构。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于板条激光器的晶体全反射面的减反射结构，包括板条晶体以及设置在板条晶体外层的低折射率sio2薄膜，该结构还包括设置在板条晶体与sio2薄膜之间以二维平面形式按一定周期正交排列的多个亚波长尺寸的锥形减反射微结构。

优选地，所述的按周期排列的锥形减反射微结构的周期小于293nm。

优选地，所述的按周期排列的锥形减反射微结构的周期为290nm。

优选地，所述的按周期排列的锥形减反射微结构的高度大于400nm。

优选地，所述的按周期排列的锥形减反射微结构的高度为420nm。

优选地，所述板条晶体的材料为nd:yag晶体。

优选地，所述sio2薄膜的厚度大于2μm。

一种板条激光器谐振腔，该板条激光器谐振腔包括如权利要求1所述的用于板条激光器的晶体全反射面的减反射结构。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明在传统板条激光器全反射面结构中的板条晶体和低折射率sio2薄膜之间设置了一定尺寸的周期排列的锥形减反射结构，通过设计锥形减反射微结构的周期和高度，大幅减小了全反射面处入射角小于全反射临界角的光的反射率。

(2)本发明的用于板条激光器的晶体全反射面的锥形减反射微结构为周期排列，结构较为简单，且制备容差较大，实用性强。

附图说明

图1为本发明的减反射结构局部截面的示意图。

图2为传统全反射面的结构示意图。

图3为使用本发明的减反射微结构的板条激光器谐振腔的结构示意图。

图4为本发明全反射面的减反射微结构与传统全反射面的反射率谱图。

图5为锥形减反射微结构的二维排布结构示意图。

图中标记说明：

1、板条晶体，2、sio2薄膜，3、锥形减反射微结构，4、增透膜，5、热沉，6、泵浦光，7、工作激光。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1和5所示，本实施例提供一种用于板条激光器的晶体全反射面的减反射结构，包括板条晶体1和外层的低折射率sio2薄膜2，板条晶体1和sio2薄膜2之间设置有一定尺寸的周期排列的锥形减反射微结构3。图2所示为传统的全反射面的结构，包括板条晶体1和外层的低折射率sio2薄膜2，板条晶体1和sio2薄膜2之间为平面。板条晶体1的材料为nd:yag晶体。sio2薄膜2的厚度大于2μm，本实施例中取值为3μm。锥形减反射微结构3的周期小于293nm，高度大于400nm，本实施例中周期为290nm，高度为420nm。

如图3所示为基于上述全反射面的减反射微结构形成的板条激光器谐振腔，工作激光波长为1064nm，其激光工作介质为板条晶体1，板条端面切角为45°，并镀制1064nm增透膜4，板条晶体1的全反射面设置有一定尺寸的周期排列的锥形减反射微结构3，并镀有sio2薄膜2提供全反射，sio2薄膜2再与热沉5相连带走废热，泵浦光6从板条基板1的端面入射为工作介质供能，工作激光7在板条基板1内部通过上下表面的全反射以曲折光路传输并被工作介质放大。控制锥形减反射微结构3的周期为290nm，高度为420nm，使得全反射面处入射角小于全反射临界角的光的反射率大幅减小，且全反射临界角不会改变。

本实施例提供的全反射面的减反射微结构与传统全反射面的反射率谱图如图4所示，全反射临界角约为54°。对比发现相比于传统的全反射面结构，在板条晶体和sio2薄膜间设置了一定尺寸的周期排列的锥形减反射微结构之后，入射角小于全反射临界角的光的反射率大幅减小，入射角小于全反射临界角的光的平均反射率从3.39％减小到0.76％，减小了约4倍。结果表明本发明设计的晶体全反射面的减反射微结构有效地减小了全反射面处入射角小于全反射临界角的光的反射率。

由此可见，本发明在板条晶体和sio2薄膜间设置一定尺寸的周期排列的锥形减反射微结构，可以大幅减小全反射面处入射角小于全反射临界角的光的反射率，对于抑制板条激光器的自发辐射放大有很好效果。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种用于板条激光器的晶体全反射面的减反射结构，包括板条晶体以及设置在板条晶体外层的低折射率SiO2薄膜，该结构还包括设置在板条晶体与SiO2薄膜之间以二维平面形式按一定周期正交排列的多个亚波长尺寸的锥形减反射微结构。与现有技术相比，本发明具有大幅降低全反射面处入射角小于全反射临界角的光的反射率和实用性强等优点。

技术研发人员：杜建立;程鑫彬;王占山;刘斐
受保护的技术使用者：润坤（上海）光学科技有限公司;同济大学
技术研发日：2018.12.29
技术公布日：2019.03.22