[发明专利]抗激光损伤铌酸锂三波段减反射膜的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种主要用于1065nm光参量振荡激光器产生中红外激光的激光系统，在铌酸锂晶体上同时获得具有高的激光损伤阈值和1040-1080nm、1400-1600nm、3000-4000nm三个波段上降低反射率的减反射膜光学膜片的制作方法。

背景技术

激光具有同向性、高亮度、单色性和高能量密度的四大光学特性。由于其相对普通光线的特殊特性，激光器及其应用系统在现代社会发展中起到了越来越重要的作用，广泛应用于各种民用和军用领域。在激光器及其应用系统的光学系统中，为了达到系统设计要求，系统中光路所经过的光学元件一般都需要镀制光学薄膜。所谓光学薄膜，是指选取不同光学折射率的镀膜材料，使用物理或化学沉积的方法将不同膜料按光学原理计算好的厚度和顺序沉积在待镀膜元件的表面，使元件最终获得具有系统要求的光学性能。

激光系统中一类非常重要的固体激光器为光学参量振荡激光器，中红外激光光源是目前激光技术研究的热点，全固态光参量振荡激光器广泛应用于光电对抗、激光雷达、物理化学和生物谱分析、光学分频和和频、量子光学、太赫兹场的产生、基于红绿蓝的三基色显示系统等领域。这种激光器中需要一个传统的1065nm近红外基频激光光源，在通过铌酸锂晶体时强激光与晶体的非线性效应（光学参量振荡），产生1400-1600nm、3000-4000nm的红外激光。

铌酸锂在上述激光系统中为关键元件，由于铌酸锂生长时的工艺条件和镀膜工艺的限制，在铌酸锂上镀制减反射膜有三个主要性能指标：

1．激光损伤阈值。铌酸锂镀膜后在强激光光路中使用，薄膜的激光损伤阈值最低，薄膜的损伤会导致整个系统失效，激光输出下降甚至完全无法工作，激光器失效。薄膜的激光损伤阈值要求能承受激光腔内的能量。

2.残余反射率。铌酸锂的折射率n高达2.2，在不镀膜的情况下，单面残余反射达14%，双面将有约28%光被反射出去，大大影响激光器的效率，残余反射率应越低越好。

3.工作波段宽度。根据减反射膜的应用要求，膜系有三个不同的工作波段，应用于基频激光的1065nm波段，光参量振荡的1400-1600nm波段和3000-4000nm波段。

激光系统中常用的减反射膜都是基于光学干涉原理设计的光学干涉薄膜。常规减反射膜选取两种不同折射率的材料作为薄膜材料，其中折射率高的材料定义为Ｈ，折射率低的材料定义为Ｌ，两种材料交替沉积。典型的减反射膜结构为：基板/(aHbL)^m/空气，其中m是正整数，a,b分别为系数，其单位厚度为减反射膜设计参考波长1065nm的四分之一，其具体取值取决于需要获得产品的指标要求，a,b在每一层可以不同，膜系总层数与工作波段的宽度和残余反射率的大小有关。现有的技术有以下的缺陷：

1.抗激光损伤能力差，阈值低。由于铌酸锂晶体生长工艺的缺陷，晶体表面存在一些缺陷和非化学计量比成分，镀膜后这些缺陷包裹在膜层内形成节瘤，降低了晶体的激光损伤阈值；镀膜过程控制不好，电子枪的辐射会导致成膜温度升高，铌酸锂在一定温度下容易发生结晶偏析现象，在表面形成缺陷和强激光相互作用会发生损伤。中红外光参量振荡激光器工作在中红外区域，中红外透明的薄膜材料屈指可数，以硫化物、氟化物居多，工艺过程控制不好会导致薄膜材料分解，增大膜层吸收，导致薄膜损伤。目前很多文献报道的光参量振荡中红外激光器为避免镀膜后薄膜的激光损伤，往往采用不镀膜这样的技术方案，以能量损失为代价换取激光器的稳定工作。

2.光谱特性差。由设计和工艺两方面原因造成，目前这样的应用较少，横跨三个波段对薄膜的设计和工艺过程控制难度要求高，膜系在1065nm激光中使用，必须考虑材料的抗激光性能，中红外膜系厚，需考虑材料的应力特性，限制了薄膜材料的选用，尤其是最外层材料的折射率直接影响膜系的光谱性能，更好的光谱特性要求更多的膜层数，但同时导致膜系的应力增大，严重是膜层会脱落。铌酸锂和很多材料的结合不好，需要增加过渡层，这大大增加了设计和制作的难度。在跨越的波段很宽时，薄膜材料的色散也是影响光谱的主要因素，在红外区用常规的光度法或包络法难以准确确定薄膜材料的折射率。