本發明屬于光學薄膜技術領域，具體涉及一種寬帶激光薄膜反射鏡，以及使用該反射鏡的固體染料可調諧激光器。

背景技術：

自1960年紅寶石激光器發明以來，為了實現激光波長的調諧輸出，人們積極探索可調諧激光介質，在可調諧激光器的前沿研究技術中，主要有固體染料可調諧激光器(調諧范圍400-700nm)和全固態鈦寶石可調諧激光器(調諧范圍600nm-1200nm)。其中，固體染料激光器具有波長調諧范圍寬、吸收和增益容易控制、激光轉化效率高和輸出功率高等特點，在激光光譜研究、大氣監測雷達、激光醫療、水下探測、分離同位素以及工業加工等領域具有廣泛應用。固體染料激光器的制備方法較多，一般采用溶膠-凝膠的方法將有機激光染料均勻摻雜在有機或無機基質中，再通過改性提高材料的光、熱、力等性能。寬帶激光反射鏡是構成激光諧振腔的重要元件，其表面寬帶高反射膜決定了激光輸出的波長范圍和激光強度等。

高反射鏡一般采用高、低折射率的薄膜交替沉積在基底表面，高反射鏡的帶寬取決于薄膜的等效折射率，理論上折射率差別越大的兩種材料，其構成的薄膜反射鏡帶寬就越大。目前，所有薄膜材料均不能滿足在可見光波段中帶寬大于300nm的反射鏡需求，一般采用反射帶疊加的方法實現反射帶展寬。反射帶展寬通常選擇將兩個反射帶的薄膜疊加在基板表面上，但由此會容易出現兩種情況：一種情況是由于膜層厚度增加導致基板的表面形變增加，影響到激光傳輸的波前繼而影響光束質量；另一種情況則是膜層應力大導致膜層容易脫落。基于上述兩個原因，如何在實現帶寬大于300nm的同時、保持高反射率和低面形變化是寬帶反射鏡的重要問題。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本發明提出一種寬帶激光薄膜反射鏡，以解決如何在實現帶寬大于300nm的同時、保持高反射率和低面形變化的技術問題。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提出一種寬帶激光薄膜反射鏡，該反射鏡包括基底，基底的兩個表面分別記為A面和B面，A面為激光入射工作面；A面和B面均具有多層反射膜，多層反射膜的基本組合均為一對高、低折射率薄膜，m為基本組合的重復次數，根據對反射率的要求確定m值；反射膜對應的中心波長為λ₀；H和L分別代表高、低折射率材料的λ₀/4光學厚度；

A面的多層反射膜的膜系結構為：基底/α(H L)^mβ(H L)^m/空氣，其中α和β分別為A面的基本組合的兩個光學厚度系數，單位光學厚度為λ₀/4；

B面的多層反射膜的膜系結構為：基底/α’(H L)^mβ’(H L)^m/空氣，其中α’和β’分別為B面的基本組合的兩個光學厚度系數，單位光學厚度為λ₀/4；

根據反射鏡對帶寬的要求確定α、β、α’和β’的值，且滿足以下關系：α+β＝α’+β’，α＞β，α’＞β’，α、β、α’、β’均為大于或等于1且小于或等于2。

進一步地，基底材料為對400nm-700nm波段透明的材料。

進一步地，基底材料為熔融石英。

進一步地，高折射率材料為Ta₂O₅，低折射率材料為SiO₂。

進一步地，400nm＜λ₀＜450nm，m為等于或大于11。

進一步地，λ₀＝425nm，m＝11，

進一步地，α＝1.6，β＝1，α’＝1.4，β’＝1.2。

進一步地，對于工作波長在400nm-700nm的激光，反射鏡的平均反射率大于99.78％，最低反射率為99.20％，反射帶波紋度為0.747％。

此外，本發明還提出一種固體染料可調諧激光器，包括上述寬帶激光薄膜反射鏡。

進一步地，激光器的光譜調諧范圍為400nm-700nm。

(三)有益效果

本發明采用雙面薄膜的方法，反射鏡帶寬大于300nm，通過合理選擇高、低折射率薄膜的光學厚度系數和基本組合的重復次數，有助于提高寬帶反射率，同時兼顧薄膜應力致面形誤差變化的控制。本發明的寬帶激光薄膜反射鏡能夠提高400nm-700nm波長范圍的反射率，可應用在固體染料可調諧激光器中。

附圖說明

圖1為本發明具體實施方式中寬帶激光薄膜反射鏡結構；

圖2為本發明具體實施方式中兩種薄膜材料的折射率；

圖3為本發明具體實施方式中A面的光譜反射率；

圖4為本發明具體實施方式中B面的光譜反射率；

圖5為本發明具體實施方式中反射鏡的整體光譜反射率。

具體實施方式

為使本發明的目的、內容、和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。

本發明具體實施方式公開一種寬帶激光薄膜反射鏡，反射鏡結構如圖1所示。反射鏡的基底材料為熔融石英。基底的兩個表面分別記為A面和B面，A面為激光入射工作面。A面和B面均具有多層反射膜，多層反射膜的基本組合均為一對高、低折射率薄膜，高折射率材料為Ta₂O₅，低折射率材料為SiO₂。兩種薄膜材料對于不同波長的折射率，如圖2所示。基本組合的重復次數m＝11。反射膜對應的中心波長為λ₀＝425nm，H和L分別代表高、低折射率材料的λ₀/4光學厚度。

A面和B面的高、低折射率薄膜的光學厚度系數分別為α＝1.6，β＝1，α’＝1.4，β’＝1.2。

A面的多層反射膜的膜系結構為：基底/(1.6H 1.6L)^11(1H1L)^11/空氣。A面的光譜反射率，如圖3所示。A面的多層反射膜物理厚度為3441.8nm。

B面的多層反射膜的膜系結構為：基底/(1.4H 1.4L)^11(1.2H1.2L)^11/空氣。B面的光譜反射率，如圖4所示。B面的多層反射膜物理厚度為3441.8nm。

寬帶激光薄膜反射鏡的整體光譜反射率，如圖5所示。由圖5可見，對于工作波長在400nm-700nm的激光，反射鏡的平均反射率為99.78％，最低反射率為99.20％，反射帶波紋度為0.747％。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護范圍。