[发明专利]一种中红外高损伤阈值的激光器谐振腔薄膜

说明书

技术领域

本发明涉及光学薄膜技术领域，更具体的说是一种中红外高损伤阈值的激光器谐振腔薄膜。

背景技术

近年来出现的一种新型激光器——掺稀土铒的钇铝石榴石(Er:YAG)固体激光器在脉冲氙灯泵浦的条件下可以发出波长为2.94μm的中红外激光光束，这个波长恰好位于水对光的吸收主峰处，因此被水以及含水丰富的人体组织强烈吸收，并且不会产生烧灼结痂。Er:YAG激光的这一特性，使得该种激光器十分适用于新型的穿透手指皮肤进行的无接触激光采血技术。

但经过近年来人们对Er:YAG激光器的研究发现，这种工作在中红外波段的激光器的谐振腔腔镜十分容易损坏，低损伤阈值的激光谐振腔腔镜也成为了限制高脉冲能量Er:YAG激光器应用的瓶颈。

国外针对中红外波段薄膜受环境的影响问题以及损伤阈值进行了一定的研究。但由于国外不同研究所得出的结论并不完全一致，且相比于可见—近红外薄膜的研究，仍然十分不完备；在实验上使用磁控溅射等高新技术，使得成本高，成膜速度慢，不适合量产，因此其参考性和实用性有待提高。

而国内非常少有针对中红外薄膜做系统研究的文章。正在研究中红外波段高损伤激光阈值薄膜试镀的也仅有几个科研单位，且大多使用昂贵的镀膜材料，损伤阈值低，应用受到限制。因此，研究设计2.94μm这一中红外波段的高损伤阈值薄膜及镀膜工艺和损伤阈值检测技术是今后待研究的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中红外高损伤阈值的激光器谐振腔薄膜，使其满足中红外激光器对反射波长以及反射率要求，并提高激光全反射腔镜的损伤阈值和使用寿命。

本发明主要是通过以下技术方案来实现其发明目的：一种中红外高损伤阈值的激光器谐振腔薄膜，其包括在基底双面对称镀制的膜系，其中一面的结构为：G|M₁M₂(HL)^sH|A，G为石英基底，M₁为加强膜，M₂为金属膜，H为高折射率材料层，L为低折射率材料层，S为(HL)的层数，(HL)^SH为介质膜。

其中，高折射率材料层为Ta₂O₅、TiO₂或ZnS，低折射率材料层为SiO₂、Al₂O₃或MgF₂，金属膜为Au或Ag，加强膜为Cr。膜系主要结构为含有加强膜的具有高反特性的介质膜及金属膜组成的中红外全反射膜。

激光器中光功率密度非常大，因此激光器谐振腔镜的吸收必须要控制在很小的范围内，否则容易破损，所以通常激光腔镜需要使用全介质膜进行反射设计。在中红外和远红外波段，由于高反镜设计的介质膜厚度过大，导致成膜质量变差，吸收增大，力学性能下降。因此远红外激光器，如CO₂激光器中全反射腔镜通常为镀有保护层的金属膜。但金属膜的力学性能较差，且反射率稍低于全介质膜腔镜。综合考虑以上因素，结合介质膜与金属膜的优点，中红外激光反射镜采用镀有多层高反特性的介质膜、金属膜及加强膜，既提高了反射率，又增强了膜片的力学牢固度。

本发明相对于现有技术具有以下优点：

1、本发明公开的滤光片的结构，在满足中红外激光器对反射波长以及反射率要求的同时，提高了激光全反射腔镜的损伤阈值和使用寿命。

2、具有光谱特性稳定、膜层牢固的优点，具有良好的重复性。

附图说明

图1典型单层金属膜反射光谱曲线；

图2带有介质加强膜的金属膜反射光谱曲线；

图3驻波场强分布图(a、b)；

图4加强型银反射镜设计反射率曲线；

图5加强型银反射镜实际反射率曲线；

图6激光腔镜膜层结构示意图；

图7电场强度随膜厚变化曲线；

图8激光腔镜的损伤阈值测量系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明结合金属膜与介质膜的优点，在中红外激光反射镜中采用镀有多层介质反射加强膜的金属膜来增强膜片的反射率及力学牢固度。

下面先对金属反射膜及介质膜的基本原理进行简单阐述：

一般来说，当单层金属膜的厚度超过几百埃后，它们的光学性能已经和大块材料的光学性能基本一致，所以通常可以把金属膜都看成大块材料。在空气中光线垂直入射时，其反射率为：