1064nm激光束薄膜三等分系統的研制

摘 要：為了實現激光器的共享，提高其利用率，設計并研制了對1064nm的激光光束進行三等分的系統，該系統由三個不同性能的薄膜器件構成，與入射光束成45°角放置，系統結構簡單。薄膜器件從膜系設計到制備過程都力求加強抗激光損傷能力，得到的三等分激光束具有共面、間距可調的特點。

關鍵詞：CO2激光器；激光分束；薄膜

引言

激光具有單色性好、平行度高、能量密度大等特點，自激光器發明以后，激光技術及其應用在很短的時間內就得到了迅猛的發展。除了在軍事、醫療、測量等領域的重要應用，激光加工以其可控性強、精度高、成本低、效率高等優點，在加工行業里的應用也日益廣泛，具有傳統加工方式不可替代的優勢。當前，激光制造技術已滲透到諸多高新技術領域和產業，并開始取代或革新某些傳統的加工行業，具有非常廣闊的市場前景，在國民經濟和工業發展中發揮著日益重要的作用。為了適應不同的應用要求，需要對激光束進行等分，本文針對使用薄膜器件實現激光束三等分系統的設計和制備進行了研究。

1 系統設計

1.1 結構設計

對于1064nm的CO2激光器光束的三等分，是通過三個與入射光方向成45°角放置的介質薄膜器件[1]A、B、C來實現的，其結構示意圖如下圖：

圖1 激光束三等分系統的結構示意圖

當激光光束以入射能量I0進入分束系統后，首先，在器件A上進行第一次分束，器件A為薄膜分光片，其對1064nm激光的分光能力設計為R1：T1=1：2，即R1=I0/3，T1=2I0/3；其次，透射光T1入射到器件B上進行第二次分光，器件B也是薄膜分光片，其對1064nm激光的分光能力設計為R2：T2=1：1，即R2=I0/3，T2=I0/3；最后T2入射到器件C上進行反射，器件C為薄膜反光片，其對1064nm激光的反射能力設計為全反，則得到T3=I0/3。于是R1=R2=R3=I0/3，即R1：R2：R3=1：1：1，這樣就實現了激光光束在同一平面內的三等分。

A、B、C放置在有標有尺寸刻度框架上，每條刻度線對應位置卡槽，用于固定薄膜器件，其相互間距可調，等分的激光束間距也就可以隨之調節。

1.2 器件設計

薄膜器件A、B、C均是通過在平板K9玻璃基片上采用電子束沉積相應的膜系而得到的，下面將對三個器件的膜系進行設計。膜系設計所選用的膜料分別為HfO2、SiO2，其中HfO2用于光學薄膜具有硬度高、折射率高、激光損傷閾值高、透過性能好等特點，通過電子束蒸發可以得到很好的光學特性[1]，在制備高性能器件和高能激光方面具有重要的應用[2]。SiO2薄膜是一種常用的低折射率氧化物材料，具有光譜透明范圍寬， 膜層牢固、耐磨、抗腐蝕等特點[3]，這兩種膜料非常適合用于制備激光分光膜、反射膜。根據系統要求，在1064nm激光45°角度入射的情況下，對A、B、C的膜系設計如下：

A、B鍍制分光膜后，為了降低其背面（未鍍膜面）的光能量反射損失，還要在背面上鍍制減反射膜。減反射膜采用HfO2、MgF2進行設計，膜系采用規整膜系。減反射膜的光譜設計曲線如圖5：

2 測試分析

對制備的樣品進行光譜測試后，結果如下表：

樣品實測三束激光能量值的最大偏差為Rmax-Rmin=0.3%，最大偏差可以根據實際的使用要求，通過膜系設計進行進一步地降低；分束后的激光總能量R1+R2+R3=98.6%

3 結束語

研制的薄膜器件除了要滿足激光束三等分系統的光譜性能要求，膜系設計過程中選擇的膜料，可以確保器件具有較高的抗激光損傷能力。測試結果表明，在誤差允許的范圍內，激光束薄膜三等分系統可以實現對1064nm激光束的三等分。

參考文獻

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作者簡介：石澎（1983，3-），男，山東省蒼山縣人，本科畢業于曲阜師范大學光信息科學與技術專業，碩士研究生畢業長春理工大學光學工程專業，主要從事光學薄膜技術方面的研究?，F任教于中山火炬職業技術學院光電工程系，從事光學薄膜技術的教學和研究工作。