ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ЛАЗЕРНОГО ЗЕРКАЛА Российский патент 1997 года по МПК G02B1/10 G02B1/08 

Данное изобретение относится к области квантовой электроники.

Известны диэлектрические покрытия в оптических квантовых генераторах, которые состоят из многослойных диэлектрических покрытий из TiO₂, SiO₂, ZrO₂, ZnSe и Na₃AlF₆ [1]
Недостатком данных зеркал является относительно малая лучевая стойкость, связанная с перегревом и расплавом внешних слоев зеркала.

По технической сущности наиболее близким к заявляемому устройству является лазерное зеркало с уменьшенным электрическим полем во внешних слоях, содержащее подложку и нанесенные на нее чередующиеся слои TiO₂ и SiO₂, с оптическими толщинами, равными четверти длины волны излучения, причем несколько внешних слоев выполнены с толщиной, зависящей от сдвига фазы излучения [2]
Недостатком данного зеркала является недостаточная лучевая стойкость, связанная с нагревом более нагруженных внешних слоев покрытия при поглощении в них части проходящего лазерного излучения, их дальнейшим расплавом и выходом зеркала из строя. Нагрев внешних слоев связан с тем, что слои с более высоким коэффициентом преломления материала, как правило, обладают большим коэффициентом поглощения излучения, поглощают энергию излучения в значительно большей степени и нагреваются до более высокой температуры, чем слои с меньшим коэффициентом преломления. Т. к. все слои выполнены с оптическими толщинами, равными или близкими к четверти длины волны излучения, более нагретые слои с высоким коэффициентом преломления достаточно быстро передают тепло слоям с меньшим коэффициентом преломления и температура всех слоев резко повышается, что в конечном счете приводит к пониженной лучевой стойкости.

Техническая задача изобретения повышение лучевой стойкости лазерного зеркала.

Техническая задача достигается тем, что в лазерном зеркале, содержащем чередующиеся слои диэлектрика с большим и меньшим коэффициентами преломления, нанесенные на подложку зеркала слои диэлектрика с меньшим коэффициентом преломления, начиная с K-того слоя, выполнены переменной толщины с возрастающей от подложки толщиной, определяемой по формуле:

где: i порядковый номер слоя с меньшим коэффициентом преломления, начиная от подложки;
K число слоев постоянной толщины;
d_i толщина i-того слоя;
λ длина волны излучения;
n_λ коэффициент преломления вещества слоя для длины волны излучения l.

Предложенное устройство иллюстрируется чертежом, где показаны кварцевая подложка 1, диэлектрическое покрытие 2 из чередующихся слоев, слои 3 из ZrO₂, слои 4 из SiO₂.

Лазерное зеркало состоит, например, из подложки, выполненной из кварцевого стекла, нанесенного на нее диэлектрического покрытия, состоящего из 20 пар слоев из SiO₂ и ZrO₂, нанесенных методом электронно-лучевого напыления. Для i 20 и K 17 диэлектрическое покрытие состоит из 20 слоев ZrO₂ и 17 слоев из SiO₂, выполненных с толщиной, равной соответственно

и слоев из SiO₂ при i 18, 19, 20, выполненных с толщинами

при длине волны излучения l 1,06 мкм и коэффициентах преломления ZrO₂ и SiO₂ соответственно и .

При воздействии на зеркало импульса лазерного излучения он частично поглощается в зеркале. Большая часть поглощенного излучения в зеркале выделяется в 3 4-х внешних парах слоев диэлектрического покрытия, причем, т.к. коэффициент поглощения излучения у ZrO₂ значительно больше, чем у SiO₂, то слои из ZrO₂ нагреваются до более низкой температуры и поэтому слои из ZrO₂ передают тепло слоям из SiO₂. Т.к. слои из SiO₂ имеют большую толщину, чем слои из ZrO₂, то общая температура пары слоев остается достаточно низкой и для достижения допустимой температуры слоев требуется значительно большее количество энергии лазерного излучения.

Таким образом, выполнение лазерного зеркала с диэлектрическим покрытием, при уширении, начиная с K-того слоя с меньшим коэффициентом преломления, позволяет повысить лучевую стойкость лазерного зеркала за счет улучшения теплового режима работы отражающего многослойного диэлектрического покрытия.

Лазерное зеркало обладает следующими преимуществами: большей лучевой стойкостью и большей долговечностью в работе при сохранении технологии изготовления и незначительных дополнительных затратах.

Использование: квантовая электроника. Сущность изобретения: диэлектрическое покрытие для лазерного зеркала содержит чередующиеся слои диэлектрика с большим и меньшим коэффициентами преломления. Слои диэлектрика с меньшим коэффициентом преломления, начиная с К-го слоя, выполнены с возрастающей от подложки толщиной, определяемой по формуле:

где i - порядковый номер слоя с меньшим коэффициентом преломления, начиная от подложки, K - число слоев постоянной толщины, δ_i - толщина i-го слоя, лямбда - длина волны излучения, n_λ - коэффициент преломления слоя для волны излучения. 1 ил.

Диэлектрическое покрытие для лазерного зеркала, содержащее чередующиеся слои диэлектрика с большим и меньшим коэффициентами преломления, нанесенные на подложку зеркала, отличающееся тем, что слои диэлектрика с меньшим коэффициентом преломления, начиная с К-го слоя, выполнены с возрастающей от подложки толщиной, определяемой по формуле

где i порядковый номер слоя с меньшим коэффициентом преломления, начиная от подложки;
k число слоев постоянной толщины;
d_i - толщина i-го слоя;
λ - длина волны излучения;
n_λ - коэффициент преломления слоя для волны излучения.