用于激光腔镜的高反射膜的设计开题报告

全文总字数：3148字

1. 研究目的与意义（文献综述）

光学薄膜是激光器内部重要的光学元件，特别是高反膜，是激光器实现高功率激光输出的关键所在，原因是在激光器内部有个叫作谐振腔的元件，光波需要在谐振腔内部来回反射，从而实现对光束能量放大和对光波频率和方向进行选择的功能，而为了降低光波在谐振腔内来回反射所产生的损耗，组成谐振腔的反射镜的反射率要求越高越好，为了提高反射镜的反射率，在反射镜表面镀上高反膜是普遍采用的做法，因此，高反膜设计的优劣对于激光器来说就显得尤为重要。

由于单层薄膜的反射率并不是很高，无法满足实现激光振荡的要求，所以适用于激光腔镜的高反膜普遍采用高低折射率介质膜周期性分布的多层膜结构。目前，普遍采用的高反膜结构主要用两种，一种是基板表面上渡金属膜的多层介质增强反射膜，广泛采用的结构为聚光腔-ag-al₂ o₃-tio₂-sio₂-air结构，其中al₂0₃为低折射率材料，tio₂为高折射率材料，最外层的sio₂则起到保护银层的作用。但是由于金属反射膜对于光的吸收很大，反射率无法进一步提高，所以当前更多采用的是第二种反射膜结构，即全介质多层反射膜，此种反射膜结构对光的吸收普遍偏小，而且有更高的抗激光损伤阈值，更适合在激光腔镜内使用。对于全介质多层反射膜来说，常用的高折射率材料有hfo₂、tio₂、zro₂、gd₂o₃等，常用的低折射率材料有sio₂。

高反膜的设计除了要考虑膜层材料和结构外，镀膜技术同样影响着最后高反膜的反射率，传统的镀膜技术主要有两种，一种是物理气相沉积，另一种是化学气相沉积，但是随着科技的发展和对高反膜反射率要求的不断提高，使得离子辅助沉积、离子束辅助沉积等各种离子辅助以及离子化技术得到大量应用，克服了传统镀膜技术气相分子能量过低、膜层致密性差、缺陷多的缺点，提高了高反膜的反射率。

2. 研究的基本内容与方案

本次研究的基本内容是对激光腔镜的高反膜结构进行研究，在理论层面上分析高反膜内部的场分布，计算高反膜的反射率，并且分析影响高反膜反射率的因素。在应用层面上，研究高反膜应用于激光腔镜内时满足激光振荡要求的反射率和抗激光损失阈值，最终，依据理论和应用两个方面的研究分析成果，设计几种能够实际应用的高反膜膜系结构。

本次设计的目标是采用SiO₂、HfO₂、TiO₂等材料设计几种多层高反射膜系，用于1064nm的激光输出腔镜表面，主要计算其在1064nm处的反射率和反射附加位相，分析激光在多层高反膜系中的场分布，并就提高膜系抗激光损伤阈值进行讨论.

由于要实现激光在谐振腔内形成振荡，激光腔镜上的反射率至少要大于99.9%，理论上增加膜层厚度可以实现100%的反射率，但是由于介质膜层对光会有一定的吸收作用，因此膜层厚度不能无限增加，必须在保证反射率要求的基础上尽可能地降低膜层厚度，经过使用TFCalc软件的模拟，拟采用如下高反膜设计方案：采用TiO₂介质作为高折射率膜层材料，SiO₂介质作为低折射率膜层材料，并且采用(HL)⁹H膜系结构，限于技术限制，使用化学气相沉积或者物理气相沉积的工艺进行镀膜。该膜系结构理论上反射率可以达到99.9765%，满足设计要求。

3. 研究计划与安排

第1——3周，接受并熟悉任务，开展调查研究，撰写开题报告。

第4——12周，制作含茶成份的pmma薄膜，对其非线性光学效应进行实验和理论分析研究，并且同步完成对外文文献的研究。

第13——15周，总结实验结果，撰写毕业论文。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 卜轶坤，陈颖新，郑权等.556nm黄光激光器激光反射镜的研制[j].强激光与粒子束，2005，17(s1):159-162.

[2] 陈杨，杭凌侠，李林军等.1064nm高反射膜的pecvd法制备及其抗激光损伤性能[j].应用激光，2017，37(02):288-291.

[3] 韩旭.gaas半导体激光器腔面膜的制备[j].硅谷杂志，2012(11):33-34.