一种多层反射镜制造技术

本发明专利技术涉及一种多层反射镜（１），特别是多层色散反射镜，包括设置在基板（４；１４）上的数个单层（２、３），通过相互平行的平面界面（６）彼此连接并具有不同的特性。该反射镜具有平面前表面（５；５′），位于光束入射一侧并且与所述单层（２、３）之间的界面（６）成一定角度。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多层反射镜，特别涉及一种色散多层反射镜，包括数个具有不同特性的单层，施加在一个基板上并且通过相互平行的平面界面彼此连接，以及一个位于光束入射侧的平面前表面。在激光技术中，越来越多地使用具有皮秒和飞秒范围(到10飞秒以下)脉冲宽度的较短激光脉冲。在其在科学领域的应用之外，这种短脉冲激光装置还越来越多地用于超高速光谱学、光学宽带通信和飞米化学(femtochemistry)领域中对材料的高精度加工。用在这种短脉冲激光装置中的激光晶体(参见WO 98/10494 A)具有优越的热性质以及较宽的荧光带宽，从而能够产生小于10或者甚至小于5飞秒的脉冲宽度。这里特别地采用了掺杂有过渡金属的激光晶体比如特别是钛蓝宝石(TIS)激光晶体。产生这种超短激光脉冲时的一个问题在于相应激光系统的其余的光学组件，其中特别重要的是应具有可用的宽带色散组件。已有提出通过薄层技术在激光装置中设置色散反射镜，参见US5,734,503 A。在实现此点时，反射镜包括多个具有不同特性的单层，即分别具有交替的较高和较低折射率，其中当反射在频率范围具有对应较大带宽的超短激光脉冲时实现如下功能使得激光束的不同波长成分在被反射前入射到反射镜单层的不同深度。以此方式，不同的频率成分被延迟不同的时间量，与其相应的入射深度相对应；如果必须获得一个负组延迟色散，则短波波包将在较为靠外处被反射；而长波成分在被反射之前将入射到反射镜较深处。这说明长波频率成分相对于短波成分有时间延迟。以此方式，可以在激光装置中对短脉冲激光束获得色散补偿。然而特别短时间范围的脉冲具有较宽的频谱，激光束具有不同的频率成分，主要在光密传播介质(比如在激光晶体中)甚至也在空气中，“呈现”不同的折射率(即传播介质的光学厚度对于激光脉冲的不同频率成分差别很大)；因此激光脉冲的不同频率成分在穿过传播介质时被不同程度地延迟。通过在其中实现负组延迟色散(group delay dispersion，GDD)的已知色散薄膜激光反射镜上的上述色散补偿可以对此效应加以克服。这种已知反射镜也称作“线性调频反射镜”(CM)，与先前采用的含有棱镜的延迟元件相比构成了实质性的进步。这已经首次可以从激光谐振器直接获得具有10飞秒以下脉冲宽度的激光脉冲，并且激光系统变得更为紧凑和可靠。CM反射镜通过不同光谱成分在多层结构中的入射深度对上述组延迟的波长依赖性进行控制。这种CM反射镜，更一般地说，类似的多层反射镜的一个问题在于在最上层与环境之间的界面即光束照射的前表面处会发生很大程度上与波长无关的反射(例如在3％的量级)。因此，在此前表面反射的光束与反射镜多层结构中更深处反射的光束之间会发生相互干涉，该干涉可能会导致反射的失真，并且尤其是导致反射镜相位特性的显著失真。为了至少部分地抵消该效应，已有提出在前表面及与环境(通常为空气)的界面处设置抗反射涂层或窄带阻挡滤波器(分别参见F.X.Karntner，N.Matuscheck，T.Tschibili，U.Keller，H.A.Haus，C.Heine，R.Morf，V.scheuer，M.tilsch，T.Tschudi，“Design and fabrication of double-chirped mirrors”，1997，Opt.Lett 22，831以及G.Tempea，F.Krausz，Ch.Spielmann，K.Ferencz，“Dispersion control over 150THz with chirpeddielectric mirrors”，1998，IEEE JSTQE 4，193)。为了有效地抑制干涉谐振，前表面的反射率应当在仅仅为10-4的量级。然而抗反射层和阻挡滤波器仅可以在一个非常有限的带宽范围近似地呈现该特性。相应地，在过去，对于800nm的照射光束，色散反射镜仅可以在150-160THz的带宽范围工作。另外，即使在该带宽上也不可能完全抑制谐振干涉效应，其色散曲线呈现显著的波动。因此，本专利技术的一个目的在于弥补该情况并提供一种原创设计型的多层反射镜，其中以简单的方式避免了反射镜前侧反射造成的上述干涉效应。本专利技术原创设计型的多层反射镜特征在于前表面相对于单层之间的界面倾斜。通过反射镜多层结构前表面，例如介电层(反射镜)和空气(环境)之间的反射镜最前界面的倾斜定位，可以实现在该前表面上反射的光束与反射镜多层结构的其余界面处反射的光束成分不共线，亦即，其轴以相对于其余光束成分之轴的一个对应角度延伸；这样，相应地不会再发生光束重叠或干涉(在离开反射镜的相应距离处，还取决于光束直径)，从而可以避免前述有影响的干涉效应，例如，可以实现宽带色散补偿。前表面相对于反射镜多层结构的其余界面如此“倾斜”的角度可以选择在相当宽的界限之内，然而通常将其保持在尽可能地小，例如在1°或仅仅几度的范围内。一方面，这种小的角度在制作反射镜时易于实现，另一方面，在例如2mm的入射光束直径时，由多层结构的内界面所反射的反射后可用光束与在传播长度接近6cm之后在倾斜前表面处倾斜反射的光束完全分开，也即，从该距离开始不再发生相位干扰干涉效应(此处限定了角度的下限)。另外，小角度(在1°或仅仅几度的范围内)的优点在于可以将反射镜的第一、最外层—其外表面构成倾斜的前表面—可以保持较薄，因为这样由楔形第一外层引致的第二级正色散可以最小化(从而可以供选择地获得反射镜的负总色散)。然而，在一定的情况下，优选对外层提供较大的“楔”角，例如，为了引入附加的负色散—与含有棱镜对的结构中类似。根据其用途，多层反射镜的结构可设有一定的基板和适宜数量的薄膜单层，并且其上淀积有相应材料。在实现此点时，如果倾斜前表面由楔形透明基板的外表面提供，其后侧施加有所述层，往往可以有利地以简单方式实现反射镜外层的楔形。因此在此实施例中，采用一个预制的薄透明楔形玻璃基板，其背离前表面的后侧以实质上传统的方式施加所需的薄膜层；例如，可以施加具有较低折射率的交替层和具有较高折射率的其它交替层。在工作时，入射光束首先到达楔形玻璃基板，其倾斜前表面处反射的光束被倾斜反射回去，另外，取决于光束成分的波长在反射镜内部会发生所需的上述反射，其中在前表面处反射光束成分不会与在外侧倾斜反射的光束发生干涉。然而在此实施例中，已经显示较薄的楔形基板由于涂层中形成的张力会使之弯曲；由此会损害表面质量。用于实现多层反射镜的倾斜前表面或外表面的一个不同的，但特别有利的方法是由线性地改变厚度的外层来提供该倾斜前表面，这与其它的单层一起施加在背离光束入射侧的基板上。因此在该反射镜结构中，可以是平面平行且较厚的基板形成反射镜的后侧，并且在该基板上用实质上现有的方式施加有所述单层。为了实现楔形的外层，也即提供该层的线性变化的厚度，可以在制作薄膜层形式的该层时将基板在镀膜室中以一定程度倾斜定位，或者可以在施加最外层材料时采用具有适当的线性变化的渗透性的掩模。在这两种情况下，使已经在先前获得的结构经受不均匀蒸汽流以制作外层，其中最外(最上)层的厚度随着离开蒸汽源距离的增大而单调递减。另一个易于制作的优选实施例特征在于外层由楔形玻璃薄片形成。为了避免在界面涂层/玻璃薄片处发生反射，可以将玻璃薄片通过折射率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多层反射镜（１），包括数个具有不同特性的单层（２、３），施加在基板（４；１４）上，并且通过相互平行的平面界面（６）彼此连接；和位于光束入射一侧的平面的前表面（５；５′），其特征在于，所述前表面（５；５′）相对于所述单层（２、３）之间的界面（６）倾斜。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：费伦茨克劳斯，加布里埃尔弗洛林滕佩亚，
申请(专利权)人：费姆托激光产品股份有限公司，
类型：发明
国别省市：AT[奥地利]