摘要

在本案例中，針對(duì)Nd:YAG激光器的諧振腔，我們基于λ/4膜堆結(jié)構(gòu)，通過理論分析確定了的初始膜系設(shè)計(jì)；同時(shí)利用電場分布分析對(duì)膜層結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使得在滿足高反射率要求的同時(shí)，薄膜整體的激光損傷閾值得到了顯著提高。

應(yīng)用場景

1064nm是Nd : YAG激光器常用的光譜線。為適應(yīng)激光波長漂移及不同激光模式的需求，必須在中心波長附近保持約20nm的寬帶高反射性能。本案例中，我們通過理論計(jì)算確定了基于1/4波長膜堆結(jié)構(gòu)的周期數(shù) ??，確保在1064nm ±20nm范圍內(nèi)的反射率均大于99.5%。此外，借助電場工具，對(duì)膜層結(jié)構(gòu)進(jìn)一步調(diào)整，從而提升薄膜整體的激光損傷閾值。

設(shè)計(jì)結(jié)果

 

設(shè)計(jì)結(jié)果如上圖所示，在 1064nm ± 20nm 帶寬范圍內(nèi)，平均反射率達(dá) 99.514%

設(shè)計(jì)流程

 

盡管金屬或金屬+介質(zhì)膜可用于高反射膜，但由于金屬存在熱吸收且反射率有限。而高功率激光器對(duì)反射鏡要求極高，需盡可能接近100%反射率并最小化吸收損耗。因此，必須采用全電介質(zhì)膜堆以降低吸收并提高反射率。

通過向量法或?qū)Ъ{軌跡法可以證明在基板中鍍高低折射率交替的多層1/4波長膜堆可獲得極高的反射率。反射率公式為：

應(yīng)用該公式，為了使反射率要到達(dá)99.5%，周期數(shù)m至少需為8.

 

使用公式工具構(gòu)建了膜系作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并分析了在1064nm ± 20nm 帶寬范圍內(nèi)的反射率分布。右圖顯示了相應(yīng)的結(jié)果，可見在工作波段內(nèi)的平均反射率達(dá)99.63%,已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。

關(guān)于公式工具的更多信息:  Tutorial: Formula Tool

 

通過電場分析工具可以查看電場在膜層間的分布，左圖是標(biāo)準(zhǔn)的四分之一波膜堆的電場分布圖。可見強(qiáng)電場峰值分布于高低折射率的界面上。

 

左圖顯示，高折射率材料的激光損傷閾值低于低折射率材料。通過適當(dāng)調(diào)整靠近空氣三層的膜厚，可將強(qiáng)電場峰值轉(zhuǎn)移至低折射率膜層，從而來提高整體薄膜的抗激光損傷閾值。

再次查看調(diào)整后膜系的光譜，在 1064nm ± 20nm 帶寬范圍內(nèi)，平均反射率達(dá) 99.52%，仍然滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。證明了當(dāng)前設(shè)計(jì)不僅滿足高反射率要求，還提高了薄膜的整體激光損傷閾值。