[发明专利]一种偏移光学厚度的激光倍频分束镜及其制备方法

权利要求书

1.一种偏移光学厚度的激光倍频分束镜，其特征在于，在透明基底上交替镀制具有高、低折射率的两种介质材料，其初始膜系结构由光学厚度小于和大于基频波长1/4光学厚度的两组规整膜系叠加组成；透明基底的背表面镀制减反射薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种偏移光学厚度的激光倍频分束镜，其特征在于，所述两组规整膜系的光学厚度为在基频波长1/4光学厚度的基础上偏置±10％。

3.根据权利要求1所述的一种偏移光学厚度的激光倍频分束镜，其特征在于，透明基底为K9或融石英玻璃基底；高折射率介电材料为HfO₂，低折射率介电材料为SiO₂。

4.一种偏移光学厚度的激光倍频分束镜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，在一片透明基底上镀制高折射率介电材料的单层膜，在另一片透明基底上镀制低折射率介电材料的单层膜，制备的两种单层膜的光学厚度为基频激光波长的1/4倍；

步骤二，分别通过步骤一中透明基底上高、低折射率单层膜的透射率光谱，采用全光谱拟合法分别获得这两种膜料的折射率、折射率的非均质性和消光系数；

步骤三，整体膜系由光学厚度相对于基频激光波长的1/4光学厚度偏小和偏大的两组膜系堆叠而成，以获得在倍频高透射光谱区域对半波孔问题不敏感的倍频分束镜的初始结构；

步骤四，将步骤二中拟合得到的两种膜料的折射率、折射率的非均质性和消光系数均作为已知参数，以膜层厚度作为优化变量，基于步骤三所设计的初始膜系的光谱向目标光谱优化，以获得符合实际膜料非均质性并且对半波孔问题不敏感的最终结构；

目标光谱为具有高反射率的基频激光±10nm波长范围，以及具有高透射率倍频激光±10nm波长范围；

步骤五，随后使用与制备步骤一中单层膜相同的工艺，根据步骤四中的最终结构在透明基底的前表面交替镀制两种膜料以形成多层膜，制得高激光损伤阈值倍频分束镜主膜系；

步骤六，最后在透明基底的背表面镀制倍频波段的减反射薄膜。

5.根据权利要求1所述的一种偏移光学厚度的激光倍频分束镜的制备方法，其特征在于，步骤一中的透明基底是K9或融石英玻璃基底；高折射率介电材料为HfO₂，低折射率介电材料为SiO₂；采用电子束蒸发方式在透明基底镀制。

6.根据权利要求5所述的一种偏移光学厚度的激光倍频分束镜的制备方法，其特征在于，在镀膜前分别使用酒精和乙醚对透明基底进行超声清洗，然后放在去离子水中超声清洗，清洗后将透明基底高速旋转甩干。

7.根据权利要求4所述的一种偏移光学厚度的激光倍频分束镜的制备方法，其特征在于，步骤三中，1/4规整膜系的结构是(H L)^N或(L/2H L/2)^N，其中H和L分别表示λ₀/4光学厚度的高、低折射率膜层，λ₀为参考波长，N为正整数，其取值根据基频的反射率要求而定；对初始膜系的优化方法采用单纯形法或共轭梯度法；在初始膜系的基础上，对于靠近基底和靠近空气的3-6层薄膜厚度，设置相对于其它薄膜两倍的优化权重。

8.根据权利要求7所述的一种偏移光学厚度的激光倍频分束镜的制备方法，其特征在于，步骤三中，在优化过程中，当评价函数F满足条件：

时，优化终止，此时膜系物理厚度矢量为最优解；

式中R为膜系反射率，为目标光谱；λ表示波长，[λ_a,λ_b]为参与优化的波长区间，ω_λ＞0是对波长所取的权重；ε为预先给定的精度；P≥1是评价函数的阶数。

9.根据权利要求8所述的一种偏移光学厚度的激光倍频分束镜的制备方法，其特征在于，P＝2；ε＝0.001。

10.根据权利要求4所述的一种偏移光学厚度的激光倍频分束镜的制备方法，其特征在于，所述的步骤一、步骤五和步骤六镀膜过程中，真空度为3×10^-4Pa～5×10^-4Pa，薄膜沉积温度为100℃～230℃；镀HfO₂薄膜的工作气压为1.0×10^-2Pa～3.0×10^-2Pa，沉积速率为镀SiO₂薄膜的工作气压为3.0×10^-3Pa～5.0×10^-3Pa，沉积速率为/采用离子束辅助沉积；膜层厚度的监控通过光学干涉法或石英晶振法实现。/