[发明专利]基于全介质高反射膜的中红外可饱和吸收镜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种结构紧凑、制备工艺简单、周期短、连续、生产成本低、用于中红外激光器中，基于全介质高反射膜的可饱和吸收镜及其制备方法。该可饱和吸收镜包括基底、镀在所述基底上且掺杂有过渡金属离子的多层高折射率膜层以及在所述高折射率膜层之间镀有的低折射率膜层。本发明所述的全介质高反射膜采用折射率为2.5～3的Ⅱ‑Ⅵ族化合物膜层制备成高折射率膜层，同时作为掺杂过渡金属离子的基体。采用折射率为1.3～2的氧化物膜层制备成低折射率膜层。该可饱和吸收镜能够用于中红外激光器中对激光进行调制，输出超短脉冲；而且结构紧凑简单、损耗低、损伤阈值高，可用于高功率激光器中。

技术领域

本发明属于激光器件领域，具体涉及到一种基于多层介质膜组成的高反射膜的中红外可饱和吸收镜的制备方法，属于超短脉冲固体激光器可饱和吸收镜制备技术领域。

背景技术

超短脉冲激光广泛运用于生物医疗、军事、环境监测、工业加工等领域中，引起了极大的研究兴趣。

可饱和吸收体对超短脉冲技术的发展有着重要的促进作用。利用具有非线性特性的可饱和吸收体，可以实现对激光的调制，输出超短脉冲。较常用的可饱和吸收体主要有石墨烯、单壁碳纳米管以及SESAM等，但都有不足之处：石墨烯的光损伤阈值较低；单壁碳纳米管要达到对某一波长吸收的需求，需要控制其管径以及手性等特性，而且易聚集成束，分散困难，严重影响其光学性能；SESAM制备工艺复杂、生产成本高、损伤阈值低。而Ⅱ-Ⅵ族化合物不仅具有较高的损伤阈值，而且通过掺杂不同的过渡金属离子之后，在2-5μm波段的中红外光谱范围内具有特定的吸收，可应用于激光器中对相应波段的中红外激光进行调制，实现超短脉冲激光输出。

研制出能用在中红外激光器领域中，而且结构紧凑、制备工艺简单、生产成本低廉、具有高损伤阈值的可饱和吸收体，对于超快激光领域的发展具有重要的推动作用。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种结构紧凑、工艺简单、成本低廉，基于全介质高反射膜的中红外可饱和吸收镜的制备方法。相比于金属反射膜，全介质高反射膜更稳定，反射率更高。

本发明的另一个目的是提供一种掺杂有过渡金属离子，能用于中红外领域，而且具有较高损伤阈值的可饱和吸收镜，可用于中红外调Q激光器中。

本发明的再一个目的是提供一种结构紧凑、工艺过程简单的制备方法，直接在高折射率膜层中掺杂一定浓度的过渡金属离子，用于制备上述基于全介质高反射膜的中红外可饱和吸收镜。

针对本发明的第一个目的，本发明提供的基于全介质高反射膜的中红外可饱和吸收镜，其构成包括基底和镀在所述基底上的全介质高反射膜。所述基底材料可以是氟化钙、氟化镁和蓝宝石等；所述高反射膜要求对光具有很高的反射特性，使用的是多层介质膜，由高低折射率交替、光学厚度为λ/4的周期性多层膜构成的，高反射膜的厚度不小于500nm。

针对本发明的第二个目的，本发明所述的可饱和吸收镜以过渡金属离子掺杂的高折射率膜层作为可饱和吸收体，可以实现对中红外激光光强的调制，协助激光器实现调Q；该过渡金属掺杂的高折射率膜层材料为TM²⁺:H，即以高纯Ⅱ-Ⅵ族化合物粉末和高纯过渡金属粉末为原料，利用电子束蒸镀法，制备得到多层薄膜。

针对本发明的第三个目的，本发明提供的基于全介质高反射膜的中红外可饱和吸收镜，其可饱和吸收部分为过渡金属掺杂的Ⅱ-Ⅵ族化合物薄膜，制备的方法是直接在多层介质膜中的高折射率膜层中进行掺杂。掺杂的过渡金属离子浓度为1×10¹⁷～1×10¹⁹/cm³。

本发明提供的上述基于全介质高反射膜的中红外可饱和吸收镜的制备方法，主要包括以下步骤：

(1)于真空高于1×10^-3Pa、温度低于400℃的条件下，在基底上沉积多层设定厚度，高低折射率交替分布的全介质高反射膜；