專利名稱：用于啁啾脈沖放大光譜整形的介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種介質(zhì)膜反射鏡，特別涉及一種用于高功率激光啁啾脈沖放大進(jìn) 行調(diào)制光譜整形的多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的新型反射鏡。
技術(shù)背景在ICF慣性約束核聚變研究中，其物理實(shí)驗(yàn)對(duì)高功率激光輸出的脈沖參數(shù)要求非常 苛刻，而且在神光II千焦拍瓦高功率放大系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，人們所關(guān)心的問(wèn)題是調(diào)制相應(yīng) 的脈沖時(shí)空特性和光譜特性，其中對(duì)啁啾脈沖進(jìn)行調(diào)制光譜整形，目的主要是盡量消除啁啾脈沖放大中增益窄化效益和增益飽和效應(yīng)的影響。如文獻(xiàn)張彬，呂百達(dá)，"多級(jí)和多程脈沖激光放大器的逆問(wèn)題"，《中國(guó)激光》，1997， 24(6)， 495-500;王韜，范滇元，"高功率激光放大器脈沖的整形設(shè)計(jì)"，《強(qiáng)激光與粒子數(shù)》， 1999， 11 (2)， 139-142;黃小軍，魏曉峰，彭翰生等，"百太瓦級(jí)超短脈沖激光裝置研 制"，2004，四川光電子學(xué)會(huì)議。同樣由上述文獻(xiàn)可知國(guó)際通用方法主要存在以下缺點(diǎn)1、在再生放大器中加入可 調(diào)諧空氣隙標(biāo)準(zhǔn)具來(lái)調(diào)整光譜，但這種調(diào)整較復(fù)雜，而且在神光II千焦拍瓦高功率放 大系統(tǒng)中用光參量啁啾脈沖放大技術(shù)(0PCPA)替代了再生放大器，因而不適用。2、使 信號(hào)光源中心波長(zhǎng)藍(lán)移，相對(duì)于增益介質(zhì)中心波長(zhǎng)藍(lán)移，并且使長(zhǎng)波長(zhǎng)方向有較長(zhǎng)的脈 沖沿，直接調(diào)整光譜。但是這種方法對(duì)超過(guò)太瓦級(jí)的系統(tǒng)不實(shí)用。3、長(zhǎng)波長(zhǎng)注入法， 使增益窄化效益來(lái)補(bǔ)償飽和效應(yīng)的影響，但這種方法又影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4、采用 可編程聲光色散濾波器(A0PDF)，雖然能提供較大的增益補(bǔ)償能力和較大的色散補(bǔ)償范 圍。如中國(guó)工程物理研究院在國(guó)內(nèi)首次引進(jìn)并成功用于星光百太瓦裝置。如文獻(xiàn)[黃 小軍，魏曉峰，彭翰生等，"百太瓦級(jí)超短脈沖激光裝置研制"，2004，四川光電子學(xué)會(huì) 議。]。但是A0PDF的色分辨率僅能用于鈦寶石這樣的寬帶啁啾脈沖系統(tǒng)，對(duì)于釹玻璃 系統(tǒng)不適用。對(duì)釹玻璃等系統(tǒng)紅外或近紅外波長(zhǎng)的作用效率較高的，目前較成熟的，就 只有多層介質(zhì)薄膜。同時(shí)應(yīng)用多層介質(zhì)薄膜具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)如加工工藝相對(duì)成熟，有 較高反射調(diào)制度和有較高的能量損傷閾值。同時(shí)注意到在大能量高功率條件下，透射介質(zhì)或投射式選擇薄膜調(diào)制均不適用，如朱鵬飛，楊鏡新，薛紹林，李美榮，林尊琪，"超短脈沖的光譜整形"，《中國(guó)激光》，30， 12， 2003,1075:1078文獻(xiàn)所述。因此，設(shè)計(jì)一種 高功率啁啾脈沖放大光譜整形用的多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的新型反射鏡，這正是本實(shí)用新型的 任務(wù)所在。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是要提供一種用于高功率激光啁啾脈沖放大進(jìn)行調(diào)制光譜整形 的多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的新型反射鏡。該反射鏡可以插入到放大器鏈路的任何地方，其整形 光譜色散分辨本領(lǐng)可以達(dá)一埃，幅度調(diào)制在保證相位不變的條件下超過(guò)60%，可用于拍瓦(PW)裝置上；特別是能夠克服國(guó)際通用方法要么是對(duì)超過(guò)太瓦的系統(tǒng)不實(shí)用、要么是對(duì)于釹玻璃系統(tǒng)等窄帶系統(tǒng)不適用的調(diào)制反射光強(qiáng)結(jié)構(gòu)的反射鏡；本實(shí)用新型反射鏡 不僅可用于慣性約束聚變(ICF)激光驅(qū)動(dòng)器追求研制高功率固體激光器的光譜整形； 而且還可以用于一般的窄帶光譜整形；光譜調(diào)制；以及反射光強(qiáng)結(jié)構(gòu)調(diào)制。本實(shí)用新型 提供的多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡實(shí)際上亦是一種微鏡調(diào)制器。為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型釆用由以下措施構(gòu)成的技術(shù)方案來(lái)完成-本實(shí)用新型用于高功率激光啁啾脈沖放大進(jìn)行調(diào)制光譜整形的多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反 射鏡，包括透明基板，設(shè)置在透明基板上的高反射膜系，微浮雕結(jié)構(gòu)，外層保護(hù)層；高 反射膜系為由高折射率膜層與低折射率膜層相互交替組成的多層介質(zhì)膜系，高反射膜系 的高折射率膜層與低折射率膜層均與微浮雕結(jié)構(gòu)緊密搭界。本實(shí)用新型上述方案中，所述用于高功率啁啾脈沖放大光譜整形的介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射 鏡，其特征在于，所述的高折射率膜層與低折射率膜層的厚度均為^/4,或人/4奇數(shù)倍厚度，或折射率漸變膜層厚度。本實(shí)用新型上述方案中，所述用于高功率啁啾脈沖放大光譜整形的介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射 鏡，其特征在于，所述的微浮雕結(jié)構(gòu)可以是三角形，或多邊形，或棱角形，或方形，或 圓形等任意形狀構(gòu)成的多種形態(tài)結(jié)構(gòu)的衍射元件。本實(shí)用新型上述方案中，所述用于高功率啁啾脈沖放大光譜整形介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射 鏡，其特征在于，所述的微浮雕結(jié)構(gòu)材質(zhì)可以是微鏡高透射膜系介質(zhì)，或空氣介質(zhì)，或 玻璃微浮雕介質(zhì)，或其它透明介質(zhì)如半導(dǎo)體介質(zhì)。本實(shí)用新型上述方案中，所述用于高功率啁啾脈沖放大光譜整形的介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射 鏡，其特征在于，所述的微浮雕結(jié)構(gòu)的微鏡高透射膜系，可以有多種結(jié)構(gòu)，其標(biāo)準(zhǔn)的多層介質(zhì)膜按低折射率膜層與高折射率膜層的順序周期交替組成。本實(shí)用新型上述方案中，所述用于高功率啁啾脈沖放大光譜整形的介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射 鏡，其特征在于，所述高反射膜系可以有多種結(jié)構(gòu)，其標(biāo)準(zhǔn)的多層介質(zhì)膜按高折射率膜 層與低折射率膜層的順序周期交替組成。本實(shí)用新型上述方案中，所述用于高功率啁啾脈沖放大光譜整形的介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射 鏡，其特征在于，透明基板是對(duì)工作帶寬的波長(zhǎng)透明物質(zhì)的膜層為依托基底，通常要求 光學(xué)平整度且折射率盡量接近空氣，最常用的是K9光學(xué)玻璃或石英材料，也可由其他 材料替代，如對(duì)紅外、近紅外透明的半導(dǎo)體材料。本實(shí)用新型上述方案中，所述的反射鏡可以是微鏡介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡的結(jié)構(gòu)反射鏡。本實(shí)用新型為保證微結(jié)構(gòu)調(diào)制后反射光反射相位一致的問(wèn)題，因此，其高反射膜系 的高折射率膜層與低折射率膜層均與微浮雕結(jié)構(gòu)緊密搭界。由于電介質(zhì)反射膜可以做到超過(guò)300ww大口徑，并可以工作在超過(guò)l(X7/c7^高功率條件下，因此，該微鏡調(diào)制器可以插入到放大器鏈路的任何地方，其色分辨本領(lǐng)可以達(dá) 一埃；幅度調(diào)制在保證相位不變的條件下超過(guò)60%。本實(shí)用新型不僅可以應(yīng)用于ICF 激光驅(qū)動(dòng)器追求研制高功率固體激光器的譜調(diào)整，而且還可以用于一般的窄帶光譜調(diào) 制，以及反射光強(qiáng)調(diào)制。本實(shí)用新型還解決了納米加工的困難。 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益的效果和優(yōu)點(diǎn)1、 本實(shí)用新型采用現(xiàn)代薄膜設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)制作的多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡，解決了 長(zhǎng)期懸而未決的國(guó)際通用方法要么是對(duì)超過(guò)太瓦的系統(tǒng)不實(shí)用、要么是對(duì)于釹玻璃系統(tǒng) 等窄帶系統(tǒng)不適用的問(wèn)題。2、 本實(shí)用新型設(shè)計(jì)制作的多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡，還解決了聲光可編程色散濾波 器AOPDF的色分辨率僅能用于鈦寶石這樣的寬帶啁啾脈沖系統(tǒng)，對(duì)于釹玻璃系統(tǒng)不適用 的問(wèn)題。3、 本實(shí)用新型設(shè)計(jì)制作的多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡，還進(jìn)一步解決了千焦拍瓦高功 率啁啾釹玻璃窄帶脈沖放大鏈路光譜整形要求的譜調(diào)制介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題。4、 本實(shí)用新型介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡可釆用現(xiàn)代常規(guī)的技術(shù)加工，通用性強(qiáng)，成本低 廉，解決了國(guó)際通用方法中要么要求復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、要么要求比較昂貴的先進(jìn)設(shè)備的問(wèn)題。5、 本實(shí)用新型還解決了大口徑反射光強(qiáng)的調(diào)制問(wèn)題，由于電介質(zhì)反射膜可以做到5大口徑，因此，本實(shí)用新型多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡可以插入到放大器鏈路的任何地方， 對(duì)不同口徑的光束進(jìn)行調(diào)制。6、 本實(shí)用新型還解決了工作在高功率條件下的調(diào)制問(wèn)題，由于電介質(zhì)反射膜可以 工作在高功率條件下，因此，本實(shí)用新型多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡可以插入到放大器鏈路 的任何地方，對(duì)不同能量不同功率的光束進(jìn)行調(diào)制。7、 本實(shí)用新型多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡，不但解決了色分辨本領(lǐng)限制問(wèn)題，使色分 辨本領(lǐng)可以達(dá)一埃，8、 本實(shí)用新型多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡，幅度調(diào)制在保證相位不變的條件下可超過(guò) 60%。9、 本實(shí)用新型多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡，不僅可以用于ICF激光驅(qū)動(dòng)器追求研制高功 率固體激光器的譜調(diào)整；而且還可以用于一般的窄帶光譜調(diào)制；以及反射光強(qiáng)調(diào)制。10、 本實(shí)用新型多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡，還可以用于以及一般反射光強(qiáng)結(jié)構(gòu)調(diào)制。11、 本實(shí)用新型多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡采用薄膜設(shè)計(jì)技術(shù)和微浮雕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)相 結(jié)合，并緊密垂直搭界，解決了微鏡調(diào)制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要求反射光相位一致的問(wèn)題。12、 本實(shí)用新型多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡采用薄膜設(shè)計(jì)技術(shù)和微浮雕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)相 結(jié)合，并緊密水平搭界，解決了微鏡調(diào)制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要求減少邊緣衍射效應(yīng)的影響。13、 本實(shí)用新型多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡的設(shè)計(jì)解決了納米加工的困難，通過(guò)合理設(shè) 計(jì)浮雕可以降低對(duì)加工納米精度的要求，使得本實(shí)用新型在通常工藝下精度下也可以實(shí) 現(xiàn)。14、 本實(shí)用新型多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡的設(shè)計(jì)、制作成分區(qū)域反射的微鏡介質(zhì)膜結(jié) 構(gòu)反射鏡的結(jié)構(gòu)反射鏡，可用采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)制作出任意調(diào)制的光強(qiáng)結(jié)構(gòu)， 或光譜結(jié)構(gòu)，使設(shè)計(jì)具有任意靈活性。
圖l本實(shí)用新型調(diào)制反射鏡反射率特性示意圖；圖2本實(shí)用新型反射鏡透明基板上有外層保護(hù)層高透微浮雕結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本實(shí)用新型反射鏡透明基板上無(wú)外層保護(hù)層高透微浮雕結(jié)構(gòu)示意圖；圖4本實(shí)用新型反射鏡透明基板上透明介質(zhì)微浮雕結(jié)構(gòu)示意圖；圖5本實(shí)用新型反射鏡透明基板上基底微浮雕結(jié)構(gòu)示意圖；圖6本實(shí)用新型反射鏡透明基板下低反射率介質(zhì)微浮雕結(jié)構(gòu)示意圖；圖7本實(shí)用新型反射鏡透明基板下高反射率介質(zhì)微浮雕結(jié)構(gòu)示意圖；圖8本實(shí)用新型反射鏡透明基板下與高反射率介質(zhì)搭界的空氣介質(zhì)微浮雕結(jié)構(gòu)示意圖；圖9本實(shí)用新型反射鏡透明基板下與低反射率介質(zhì)搭界的空氣介質(zhì)微浮雕結(jié)構(gòu)示意圖；圖10本實(shí)用新型反射鏡透明基板下與高反射率介質(zhì)搭界的三明治結(jié)構(gòu)示意圖； 圖ll本實(shí)用新型反射鏡透明基板下與低反射率介質(zhì)搭界的三明治結(jié)構(gòu)示意圖； 圖12本實(shí)用新型反射鏡垂直入射分區(qū)域反射的微鏡介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡示意圖。 圖中，l透明基板，2高反射膜系，3微浮雕結(jié)構(gòu)，4外層保護(hù)層，5高折射率介質(zhì)膜層，6低折射率介質(zhì)膜層，7空氣介質(zhì)，8玻璃介質(zhì)，9半導(dǎo)體介質(zhì)，IO導(dǎo)引膜層，ll與介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的反射鏡結(jié)構(gòu)相同的子鏡。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但它僅用于說(shuō) 明本實(shí)用新型的一些具體的實(shí)施方式，而不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限定。本實(shí)用新型用于高功率啁啾脈沖放大光譜整形的多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡，包括透明 基板l,設(shè)置在透明基板上的高反射膜系2，微浮雕結(jié)構(gòu)3，外層保護(hù)層4;高反射膜系 2為由高折射率介質(zhì)膜層5與低折射率介質(zhì)膜層6相互交替組成的多層介質(zhì)膜系；高反 射膜系的高折射率介質(zhì)膜層與低折射率介質(zhì)膜層均與微浮雕結(jié)構(gòu)緊密搭界，保證了微結(jié) 構(gòu)調(diào)制后反射光反射相位一致的問(wèn)題；以及要求減少邊緣衍射效應(yīng)影響的問(wèn)題。本實(shí)用 新型所述的微浮雕結(jié)構(gòu)材質(zhì)可以是微鏡高透射膜系介質(zhì)，或空氣介質(zhì)7，或玻璃微浮雕 介質(zhì)8，或其它透明介質(zhì)，如對(duì)紅外、近紅外透明的半導(dǎo)體介質(zhì)9。本實(shí)用新型的基本原理是將需要調(diào)制的高功率激光啁啾脈沖平面波，垂直入射到 所述反射鏡上，通過(guò)高低折射率交替的介質(zhì)多層膜，從膜系所有界面上反射的光束，當(dāng) 它們回到表面時(shí)具有相同的相位，從而產(chǎn)生相長(zhǎng)干涉。對(duì)于這樣一組介質(zhì)膜系，在理論 上可望得到接近100%的反射率。特性如圖1所示。假設(shè) 和 分別是高折射率層與低折射率層的折射率，并使介質(zhì)膜系兩邊的最外層 為高折射率膜層，其每層的厚度均為^/4，貝ij，在空氣中垂直入射時(shí)，中心波長(zhǎng)^的 反射率，也即是極大反射率R為-= [ " "7、g (1) L1 + ("W/"J )J式中， 是透明基板1的折射率，s是膜堆中高折射率膜層與低折射率膜層周期的重 復(fù)次數(shù)即周期數(shù)，2s + l是多層膜的層數(shù)，即奇數(shù)層膜系。當(dāng)介質(zhì)膜系反射率很高時(shí)， 額外加鍍兩層將使膜系的透射率減小( / )2倍。通過(guò)微浮雕結(jié)構(gòu)調(diào)制，由于膜系與微 浮雕結(jié)構(gòu)緊密搭界，則可保證在相位不變的情況下，能夠得到可調(diào)制的高的反射率，如 圖1所示。只要合理控制膜系的參數(shù)，其反射率可以通過(guò)設(shè)計(jì)膜系結(jié)構(gòu)有效控制。幅度 調(diào)制在保證相位不變的條件下可超過(guò)60%。剩余光全部透過(guò)透明基板透射到反射鏡背 后；反射光強(qiáng)分布則調(diào)制到所需光譜分布結(jié)構(gòu)。由于電介質(zhì)反射膜目前的國(guó)內(nèi)最好的技術(shù)可以做到超過(guò)300w加大口徑，并可以工作在超過(guò)l(X7/o^高功率條件下，因此，該反射鏡即微鏡調(diào)制器可以插入到放大器鏈路的 任何地方，其色分辨本領(lǐng)可以達(dá)一埃；幅度調(diào)制在保證相位不變的條件下超過(guò)60%。如 圖1。本實(shí)用新型不僅可以應(yīng)用于ICF激光驅(qū)動(dòng)器追求研制高功率固體激光器的譜調(diào)整， 而且還可以用于一般的窄帶光譜調(diào)制，以及反射光強(qiáng)調(diào)制。本實(shí)用新型還解決了納米加 工的困難。本實(shí)用新型的反射鏡即可通過(guò)膜系的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)所述調(diào)制，同時(shí)可用常規(guī)的成熟與現(xiàn) 實(shí)可行的加工工藝制作。下面將用實(shí)施例討論在不同結(jié)構(gòu)的反射鏡。本實(shí)用新型反射鏡 可用多種方法獲得，并使得反射光強(qiáng)強(qiáng)度按設(shè)計(jì)調(diào)制，而且使得反射相位不變。實(shí)施例1:在透明基板1上設(shè)置的外層保護(hù)層4，及高折射率介質(zhì)膜層5與低折射率介質(zhì)膜層 6相互交替組成的高反射介質(zhì)膜系2下，埋藏高透射膜系，通過(guò)預(yù)先鍍制專門設(shè)計(jì)的增透膜系，如^/4增透射標(biāo)準(zhǔn)膜系。再在增透膜系或膜堆上刻蝕拋光出微浮雕結(jié)構(gòu)。利用掩膜技術(shù)，再鍍高反射介質(zhì)膜系2為標(biāo)準(zhǔn)^/4高反射膜系，由于要求反射相位不變，從而要求鍍層臺(tái)階垂直和水平均準(zhǔn)確對(duì)齊。外層導(dǎo)引保護(hù)層的作用主要是保護(hù)作用，以 防止劃傷和大氣水汽的影響。同時(shí)外層導(dǎo)引保護(hù)層厚因?yàn)閄/2層對(duì)中心波長(zhǎng)實(shí)際上是透明層，但對(duì)其他波長(zhǎng)有選擇作用，可用于提高介質(zhì)膜的帶寬特性。對(duì)引導(dǎo)膜層io也是;i/2的透明層，但對(duì)其他波長(zhǎng)有選擇作用，可用于提高介質(zhì)膜的帶寬特性，如圖2中所示。 當(dāng)平面波結(jié)構(gòu)的高功率激光啁啾脈沖垂直由空氣介質(zhì)7入射到反射鏡上，光通過(guò)高反射 膜系2，微浮雕結(jié)構(gòu)3，剩余光全部透過(guò)透明基板1到反射鏡背后，進(jìn)入大氣空氣介質(zhì)7; 通過(guò)微浮雕結(jié)構(gòu)調(diào)制，由于膜系與微浮雕結(jié)構(gòu)緊密搭界，則可保證在相位不變的情況下,能夠得到可調(diào)制的高的反射率，如圖1所示。 實(shí)施例2:在透明基板1上也可以沒(méi)有外層引導(dǎo)保護(hù)層4,直接預(yù)先鍍制專門設(shè)計(jì)的增透膜系， 增透膜系為^/4增透射標(biāo)準(zhǔn)膜系，再在增透膜系或膜堆上刻蝕拋光出微浮雕結(jié)構(gòu)。利用掩膜技術(shù)，再鍍高反射介質(zhì)膜系2為通常的標(biāo)準(zhǔn)^/4高反射膜系，因?yàn)橐蠓瓷湎辔徊蛔?，從而要求鍍層臺(tái)階垂直和水平均準(zhǔn)確對(duì)齊。對(duì)引導(dǎo)膜層10是由低折射率介質(zhì) 膜層6構(gòu)成的A/2的透明層，但對(duì)其他波長(zhǎng)有選擇作用，可用于提高介質(zhì)膜的帶寬特性。 如圖3中所示。當(dāng)平面波結(jié)構(gòu)的高功率激光啁啾脈沖垂直由空氣介質(zhì)7入射到反射鏡上， 光通過(guò)高反射膜系2，微浮雕結(jié)構(gòu)3，剩余光全部透過(guò)透明基板1到反射鏡背后，進(jìn)入 大氣空氣介質(zhì)7;通過(guò)微浮雕結(jié)構(gòu)調(diào)制，由于膜系與微浮雕結(jié)構(gòu)緊密搭界，則可保證在 相位不變的情況下，同樣能夠得到可調(diào)制的高的反射率，如圖1所示。 實(shí)施例3:在透明基板1上的有外層引導(dǎo)保護(hù)層4，及高折射率介質(zhì)膜層5與低折射率介質(zhì)膜 層6相互交替組成的高反射介質(zhì)膜系2下，埋藏透明介質(zhì)微浮雕結(jié)構(gòu)3。通過(guò)預(yù)先鍍制 專門設(shè)計(jì)透明介質(zhì)，材質(zhì)可以是高折射率介質(zhì)5，或低折射率介質(zhì)6，或玻璃介質(zhì)8，或 半導(dǎo)體介質(zhì)9，或空氣介質(zhì)7,但由于氣體的熱系數(shù)問(wèn)題一般不在膜層中用7。再在透明介 質(zhì)上刻蝕拋光出微浮雕結(jié)構(gòu)3。利用掩膜技術(shù)，再鍍高反射介質(zhì)膜系2，例如通常的標(biāo) 準(zhǔn)^/4高反射膜系，因?yàn)橐蠓瓷湎辔徊蛔?，從而要求鍍層臺(tái)階垂直和水平均準(zhǔn)確對(duì)齊。外層導(dǎo)引保護(hù)層的作用主要是保護(hù)作用，以防止劃傷和大氣水汽的影響。同時(shí)外層 導(dǎo)引保護(hù)層厚因?yàn)槿?2層對(duì)中心波長(zhǎng)實(shí)際上是透明層，但對(duì)其他波長(zhǎng)有選擇作用，可用 于提高介質(zhì)膜的帶寬特性。如圖4中所示。當(dāng)平面波結(jié)構(gòu)的高功率激光啁啾脈沖垂直由 空氣介質(zhì)7入射到反射鏡上，光通過(guò)高反射膜系2，微浮雕結(jié)構(gòu)3，剩余光全部透過(guò)透 明基板l到反射鏡背后，進(jìn)入大氣空氣介質(zhì)7:通過(guò)微浮雕結(jié)構(gòu)調(diào)制，由于膜系與微浮 雕結(jié)構(gòu)緊密搭界，則可保證在相位不變的情況下，能夠得到可調(diào)制的高的反射率，如圖 1所示。實(shí)施例4:在透明基板1上的也可以沒(méi)有外層引導(dǎo)保護(hù)層4，直接在基板上刻蝕拋光出微浮雕 結(jié)構(gòu)。利用掩膜技術(shù)，再鍍高反射介質(zhì)膜系2，例如通常的標(biāo)準(zhǔn)^/4高反射膜系，因?yàn)橐蠓瓷湎辔徊蛔儯瑥亩箦儗优_(tái)階垂直和水平均準(zhǔn)確對(duì)齊。如圖5中所示。當(dāng)平面 波結(jié)構(gòu)的高功率激光啁啾脈沖垂直由空氣介質(zhì)7入射到反射鏡上，光通過(guò)高反射膜系2, 微浮雕結(jié)構(gòu)3，剩余光全部透過(guò)透明基板1到反射鏡背后，進(jìn)入大氣空氣介質(zhì)7;通過(guò) 微浮雕結(jié)構(gòu)調(diào)制，由于膜系與微浮雕結(jié)構(gòu)緊密搭界，則可保證在相位不變的情況下，能 夠得到可調(diào)制的高的反射率，如圖1所示。 實(shí)施例5:在透明基板1下為加工簡(jiǎn)單起見可以不設(shè)置外層引導(dǎo)保護(hù)層4，直接鍍制背面使用的 高折射率介質(zhì)膜層5與低折射率介質(zhì)膜層6相互交替組成的高反射介質(zhì)膜系2，直接在高 反射膜系2上刻蝕拋光出微浮雕結(jié)構(gòu)直接刻蝕拋光到低反射率介質(zhì)膜層6，無(wú)需利用掩膜 技術(shù)，再利用粒子旋涂技術(shù)，填入低折射率介質(zhì)膜層6,最后將后表面拋光。這種方法較 容易實(shí)現(xiàn)，而且僅僅是常規(guī)的加工誤差要求就可以。因此，本實(shí)用新型解決了納米加工 困難的問(wèn)題，如圖6中所示。這種工藝可以降低對(duì)高反射膜系2上要求納米級(jí)的刻蝕拋光 精度要求，修補(bǔ)刻蝕出微浮雕結(jié)構(gòu)的加工精度，從而保證鍍層臺(tái)階垂直和水平均準(zhǔn)確對(duì) 齊，后表面拋光用通常的鏡面拋光技術(shù)就能做到。同時(shí)填入的低折射率介質(zhì)膜層6，同 時(shí)外層導(dǎo)引保護(hù)層4的作用主要是保護(hù)作用，以防止劃傷和大氣水汽的影響。同時(shí)外層 導(dǎo)引保護(hù)層厚因?yàn)閄/2層對(duì)中心波長(zhǎng)實(shí)際上是透明層，但對(duì)其他波長(zhǎng)有選擇作用，可用 于提高介質(zhì)膜的帶寬特性。同樣也可以加入引導(dǎo)膜層10,也是;i/2的透明層，但對(duì)其他 波長(zhǎng)有選擇作用，可用于提高介質(zhì)膜的帶寬特性。如圖6中所示。當(dāng)平面波結(jié)構(gòu)的高功 率激光啁啾脈沖垂直由空氣介質(zhì)7入射到反射鏡上，光通過(guò)高反射膜系2，微浮雕結(jié)構(gòu)3， 剩余光全部透過(guò)透明基板l到反射鏡背后，進(jìn)入大氣空氣介質(zhì)7;通過(guò)微浮雕結(jié)構(gòu)調(diào)制， 由于膜系與微浮雕結(jié)構(gòu)緊密搭界，則可保證在相位不變的情況下，能夠得到可調(diào)制的高 的反射率，如圖1所示。實(shí)施例6:在透明基板1下設(shè)置外層引導(dǎo)保護(hù)層4，直接鍍制反射鏡背面使用的高折射率介質(zhì)膜 層5與低折射率介質(zhì)膜層6相互交替組成的高反射介質(zhì)膜系2，直接在高反射膜系2上刻蝕 拋光出微浮雕結(jié)構(gòu)直接刻蝕拋光到高反射率介質(zhì)膜層5，無(wú)需利用掩膜技術(shù)，再利用粒 子旋涂技術(shù)，填入高折射率介質(zhì)5，最后將反射鏡后表面拋光。這種方法較容易實(shí)現(xiàn)， 而且僅僅是常規(guī)的加工誤差要求就可以。因此，本實(shí)用新型解決了納米加工困難的問(wèn)題。 如圖7中所示。這種工藝可以降低對(duì)高反射膜系2上要求納米級(jí)的刻蝕拋光精度要求，修 補(bǔ)刻蝕出微浮雕結(jié)構(gòu)的加工精度，從而保證鍍層臺(tái)階垂直和水平均準(zhǔn)確對(duì)齊。后表面拋光用通常的鏡面拋光技術(shù)就能做到。同時(shí)填入的高折射率介質(zhì)微浮雕結(jié)構(gòu)3，同時(shí)外層 導(dǎo)引保護(hù)層4的作用主要是保護(hù)作用，以防止劃傷和大氣水汽的影響。同時(shí)外層導(dǎo)引保 護(hù)層4厚度為X/2層對(duì)中心波長(zhǎng)實(shí)際上是透明層，但對(duì)其他波長(zhǎng)有選擇作用，可用于提高 介質(zhì)膜的帶寬特性。同樣也可以加入引導(dǎo)膜層10,也是義/2的透明層，但對(duì)其他波長(zhǎng)有 選擇作用，可用于提高介質(zhì)膜的帶寬特性。如圖7中所示。當(dāng)平面波結(jié)構(gòu)的高功率激光 啁啾脈沖垂直由空氣介質(zhì)7入射到反射鏡上，光通過(guò)高反射膜系2，微浮雕結(jié)構(gòu)3，剩余 光全部透過(guò)透明基板l到反射鏡背后，進(jìn)入大氣空氣介質(zhì)7;通過(guò)微浮雕結(jié)構(gòu)調(diào)制，由于 膜系與微浮雕結(jié)構(gòu)緊密搭界，則可保證在相位不變的情況下，能夠得到可調(diào)制的高的反 射率，如圖1所示。 實(shí)施例7:在透明基板1下為加工簡(jiǎn)單起見可以不設(shè)置外層引導(dǎo)保護(hù)層4，直接鍍制反射鏡背 面使用的高折射率介質(zhì)膜層5與低折射率介質(zhì)膜層6相互交替組成的高反射介質(zhì)膜系2， 直接在高反射膜系2上刻蝕拋光出空氣浮雕結(jié)構(gòu)，直接刻蝕拋光到高反射率介質(zhì)層5，無(wú) 需利用掩膜技術(shù)。這種方法工藝簡(jiǎn)單，較容易實(shí)現(xiàn)。這種工藝要求高反射膜系2上有納 米級(jí)的刻蝕拋光精度，從而保證鍍層臺(tái)階垂直和水平均準(zhǔn)確對(duì)齊。如圖8中所示。當(dāng)平 面波結(jié)構(gòu)的高功率激光啁啾脈沖垂直由空氣介質(zhì)7入射到反射鏡上，光通過(guò)高反射膜系 2，微浮雕結(jié)構(gòu)3，剩余光全部透過(guò)透明基板l到反射鏡背后，進(jìn)入大氣空氣介質(zhì)7;通 過(guò)微浮雕結(jié)構(gòu)調(diào)制，由于膜系與微浮雕結(jié)構(gòu)緊密搭界，則可保證在相位不變的情況下， 能夠得到可調(diào)制的高的反射率，如圖1所示。實(shí)施例8:在透明基板1下直接鍍制反射鏡背面使用的高折射率介質(zhì)膜層5與低折射率介質(zhì)膜 層6相互交替組成的高反射介質(zhì)膜系2,直接在高反射膜系2上刻蝕拋光出空氣浮雕結(jié) 構(gòu)，直接刻蝕拋光到低反射率介質(zhì)膜層6，無(wú)需利用掩膜技術(shù)。這種方法工藝簡(jiǎn)單，較容 易實(shí)現(xiàn)。這種工藝要求髙反射膜系2上有納米級(jí)的刻蝕拋光精度，從而保證鍍層臺(tái)階垂 直和水平均準(zhǔn)確對(duì)齊。如圖9中所示。當(dāng)平面波結(jié)構(gòu)的高功率激光啁啾脈沖垂直由空氣 介質(zhì)7入射到反射鏡上，光通過(guò)高反射膜系2，微浮雕結(jié)構(gòu)3，剩余光全部透過(guò)透明基 板l到反射鏡背后，進(jìn)入大氣空氣介質(zhì)7;通過(guò)微浮雕結(jié)構(gòu)調(diào)制，由于膜系與微浮雕結(jié) 構(gòu)緊密搭界，則可保證在相位不變的情況下，能夠得到可調(diào)制的高的反射率，如圖l所 示。實(shí)施例9:在透明基板1下直接鍍制反射鏡背面使用的高折射率介質(zhì)膜層5與低折射率介質(zhì)膜 層6相互交替組成的高反射介質(zhì)膜系2，直接在高反射膜系2上刻蝕拋光出微浮雕結(jié)構(gòu)直 接刻蝕拋光到高反射率介質(zhì)膜層5，無(wú)需利用掩膜技術(shù)，再利用粒子旋涂技術(shù)，填入透 明介質(zhì)微浮雕結(jié)構(gòu)3，材質(zhì)可以是高折射率介質(zhì)5，或低折射率介質(zhì)6，或玻璃微浮雕介 質(zhì)8，或半導(dǎo)體介質(zhì)9，最后將反射鏡后表面拋光。這種方法較容易實(shí)現(xiàn)，而且僅僅是常 規(guī)的加工誤差要求就可以。因此，本實(shí)用新型解決了納米加工困難的問(wèn)題。如圖10中所 示。這種工藝可以降低對(duì)高反射膜系2上要求納米級(jí)的刻蝕拋光精度要求，修補(bǔ)刻蝕出 微浮雕結(jié)構(gòu)的加工精度，從而保證鍍層臺(tái)階垂直和水平均準(zhǔn)確對(duì)齊，后表面拋光用通常 的鏡面拋光技術(shù)就能做到。同時(shí)填入的透明介質(zhì)微浮雕結(jié)構(gòu)3，同時(shí)外層導(dǎo)引保護(hù)層4的 作用主要是保護(hù)作用，以防止劃傷和大氣水汽的影響。同時(shí)外層導(dǎo)引保護(hù)層4厚因?yàn)?i/2 層對(duì)中心波長(zhǎng)實(shí)際上是透明層，但對(duì)其他波長(zhǎng)有選擇作用，可用于提高介質(zhì)膜的帶寬特 性。同樣也可以加入引導(dǎo)膜層IO，也是A/2的透明層，但對(duì)其他波長(zhǎng)有選擇作用，可用 于提高介質(zhì)膜的帶寬特性。如圖10中所示。當(dāng)平面波結(jié)構(gòu)的高功率激光啁啾脈沖垂直由 空氣介質(zhì)7入射到反射鏡上，光通過(guò)高反射膜系2，微浮雕結(jié)構(gòu)3，剩余光全部透過(guò)透明 基板l到反射鏡背后，進(jìn)入大氣空氣介質(zhì)7;通過(guò)微浮雕結(jié)構(gòu)調(diào)制，由于膜系與微浮雕結(jié) 構(gòu)緊密搭界，則可保證在相位不變的情況下，能夠得到可調(diào)制的高的反射率，如圖l所 示。實(shí)施例10:在透明基板1下直接鍍制反射鏡背面使用的高折射率介質(zhì)膜層5與低折射率介質(zhì)膜 層6相互交替組成的高反射介質(zhì)膜系2，直接在高反射膜系2上刻蝕拋光出微浮雕結(jié)構(gòu)直 接刻蝕拋光到低反射率介質(zhì)膜層6，無(wú)需利用掩膜技術(shù)，再利用粒子旋涂技術(shù)，填入透 明介質(zhì)微浮雕結(jié)構(gòu)3，材質(zhì)可以是高折射率介質(zhì)5，或低折射率介質(zhì)6，或玻璃微浮雕介 質(zhì)8，或半導(dǎo)體介質(zhì)9，最后將后表面拋光。這種方法較容易實(shí)現(xiàn)，而且僅僅是常規(guī)的加 工誤差要求就可以，因此，本實(shí)用新型解決了納米加工困難的問(wèn)題，結(jié)果如圖ll中所示。 這種工藝可以降低對(duì)高反射膜系2上要求納米級(jí)的刻蝕拋光精度要求，修補(bǔ)刻蝕出微浮 雕結(jié)構(gòu)的加工精度，從而保證鍍層臺(tái)階垂直和水平均準(zhǔn)確對(duì)齊。后表面拋光用通常的鏡 面拋光技術(shù)就能做到。同時(shí)填入的透明介質(zhì)微浮雕結(jié)構(gòu)3，同時(shí)外層導(dǎo)引保護(hù)層4的作用 主要是保護(hù)作用，以防止劃傷和大氣水汽的影響。同時(shí)外層導(dǎo)引保護(hù)層4厚因?yàn)閄/2層對(duì)中心波長(zhǎng)實(shí)際上是透明層，但對(duì)其他波長(zhǎng)有選擇作用，可用于提高介質(zhì)膜的帶寬特性。 同樣也可以加入引導(dǎo)膜層10,也是;i/2的透明層，但對(duì)其他波長(zhǎng)有選擇作用，可用于提高介質(zhì)膜的帶寬特性。如圖ll中所示。當(dāng)平面波結(jié)構(gòu)的高功率激光啁啾脈沖垂直由空氣 介質(zhì)7入射到反射鏡上，光通過(guò)髙反射膜系2，微浮雕結(jié)構(gòu)3，剩余光全部透過(guò)透明基板l 到反射鏡背后，進(jìn)入大氣空氣介質(zhì)7;通過(guò)微浮雕結(jié)構(gòu)調(diào)制，由于膜系與微浮雕結(jié)構(gòu)緊 密搭界，則可保證在相位不變的情況下，能夠得到可調(diào)制的高的反射率，如圖1所示。實(shí)施例ll:反射鏡在光線垂直入射時(shí)透明基板l上(或下)制作分區(qū)域反射的微鏡結(jié)構(gòu)組成的介 質(zhì)反射子鏡ll，子鏡ll的結(jié)構(gòu)可以是上述任何一種方案，即實(shí)施例1-io的任一方案，通 過(guò)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)手段，直接在透明基板上制作分區(qū)域反射的微鏡結(jié)構(gòu)組成的介 質(zhì)膜系，但要求反射相位不變，加工技術(shù)要求高。這種方法用常規(guī)的鍍膜技術(shù)，加上精確的檢測(cè)技術(shù)是可以實(shí)現(xiàn)的。結(jié)果如圖12所示。當(dāng)平面波結(jié)構(gòu)的高功率激光啁啾脈沖垂 直由空氣介質(zhì)7入射到反射鏡上，光通過(guò)高反射膜系2，微浮雕結(jié)構(gòu)3，剩余光全部透過(guò) 透明基板l到反射鏡背后，進(jìn)入大氣空氣介質(zhì)7;通過(guò)微浮雕結(jié)構(gòu)調(diào)制，由于膜系與微浮 雕結(jié)構(gòu)緊密搭界，則可保證在相位不變的情況下，能夠得到可調(diào)制的高的反射率，如圖 l所示。本實(shí)用新型以上實(shí)施例所制作的用于高功率激光啁啾脈沖放大光譜整形的多層介 質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡，其反射光強(qiáng)分布均可調(diào)制到所需光譜分布結(jié)構(gòu)；只要合理控制膜系的 參數(shù)，其反射率可以通過(guò)設(shè)計(jì)膜系結(jié)構(gòu)有效控制。將反射鏡插入到放大器鏈路的任何地 方，其整形光譜色散分辨本領(lǐng)均可以達(dá)一埃，幅度調(diào)制在保證相位不變的條件下超過(guò)60 %,可用于拍瓦(PW)裝置上；特別是能夠克服國(guó)際通用方法要么是對(duì)超過(guò)太瓦的系統(tǒng) 不實(shí)用、要么是對(duì)于釹玻璃系統(tǒng)等窄帶系統(tǒng)不適用的調(diào)制反射光強(qiáng)結(jié)構(gòu)的反射鏡；本實(shí) 用新型反射鏡不僅可用于慣性約束聚變(ICF)激光驅(qū)動(dòng)器追求研制高功率固體激光器 的光譜整形；而且還可以用于一般的窄帶光譜整形；光譜調(diào)制；以及反射光強(qiáng)結(jié)構(gòu)調(diào)制。 本實(shí)用新型提供的多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡實(shí)際上是一種微鏡調(diào)制器。
權(quán)利要求1.一種用于啁啾脈沖放大光譜整形的介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡，其特征在于，包括透明基板(1)，高反射膜系(2)，微浮雕結(jié)構(gòu)(3)，外層保護(hù)層(4)，高反射膜系為高折射率膜層(5)與低折射率膜層(6)相互交替組成的多層介質(zhì)膜系，高反射膜系的高折射率膜層與低折射率膜層均與微浮雕結(jié)構(gòu)緊密搭界。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于啁啾脈沖放大光譜整形的介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡，其特 征在于，所述的高折射率膜層(5)與低折射率膜層(6)的厚度均為義/4，或A/4奇數(shù) 倍厚度，或折射率漸變膜層厚度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于啁啾脈沖放大光譜整形的介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡，其特 征在于，所述的微浮雕結(jié)構(gòu)(3)為三角形，或棱角形，或方形，或圓形構(gòu)成的多種形 態(tài)結(jié)構(gòu)的衍射元件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的用于啁啾脈沖放大光譜整形的介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡， 其特征在于，所述的微浮雕結(jié)構(gòu)材質(zhì)為微鏡高透射膜系介質(zhì)，或空氣介質(zhì)(7)，或玻璃 微浮雕介質(zhì)(8)，或半導(dǎo)體介質(zhì)(9)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于啁啾脈沖放大光譜整形的介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射 鏡，其特征在于，所述的微浮雕結(jié)構(gòu)的微鏡高透射膜系，其標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)是多層介質(zhì)膜按 低折射率膜層(6)與高折射率膜層(5)的順序周期交替組成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于啁啾脈沖放大光譜整形的介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡， 其特征在于，所述高反射膜系(2),其標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)是多層介質(zhì)膜按高折射率膜層(5) 與低折射率膜層(6)的順序周期交替組成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于啁啾脈沖放大光譜整形的介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡，其特 征在于，透明基板(1)是對(duì)工作帶寬的波長(zhǎng)透明物質(zhì)的膜層為依托基底，要求光學(xué)平 整度且折射率接近空氣，用K9光學(xué)玻璃，或石英材料，或針對(duì)工作帶寬波長(zhǎng)透明物質(zhì) 的半導(dǎo)體材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于啁啾脈沖放大光譜整形的介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡，其特 征在于，所述的反射鏡是微鏡介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡的結(jié)構(gòu)反射鏡。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種啁啾脈沖放大光譜整形介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)反射鏡。該反射鏡包括透明基板，高反射膜系，微浮雕結(jié)構(gòu)，外層保護(hù)層；高反射膜系由多層介質(zhì)膜交替構(gòu)成，其高折射率膜層與低折射率膜層均與微浮雕結(jié)構(gòu)緊密搭界；微浮雕結(jié)構(gòu)可為多種性狀或微鏡高透膜系結(jié)構(gòu)，或空氣介質(zhì)結(jié)構(gòu)，或玻璃浮雕結(jié)構(gòu)，或其他透明介質(zhì)如半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。當(dāng)平面波結(jié)構(gòu)的高功率激光啁啾脈沖垂直入射到該反射鏡上，光通過(guò)高反射膜系，微浮雕結(jié)構(gòu)，剩余光全部透過(guò)透明基板到反射鏡背后；反射光強(qiáng)分布則調(diào)制到所需光譜分布結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型反射鏡可插入到放大器鏈路的任何地方，其整形光譜色散分辨本領(lǐng)可達(dá)一埃，幅度調(diào)制在保證相位不變的條件下超過(guò)60％，可用于拍瓦(PW)裝置上。
文檔編號(hào)G02F1/39GK201138413SQ20072008029
公開日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2007年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月13日
發(fā)明者彬 張, 戴亞平, 銘 李, 韜 王, 范正修, 偉 黃 申請(qǐng)人:四川大學(xué);上海激光等離子體研究所