摘要
在本案例中，針對Nd:YAG激光器的諧振腔，我們基于λ/4膜堆結構，通過理論分析確定了的初始膜系設計；同時利用電場分布分析對膜層結構進行優化，使得在滿足高反射率要求的同時，薄膜整體的激光損傷閾值得到了顯著提高。
應用場景
1064nm是Nd : YAG激光器常用的光譜線。為適應激光波長漂移及不同激光模式的需求，必須在中心波長附近保持約20nm的寬帶高反射性能。本案例中，我們通過理論計算確定了基于1/4波長膜堆結構的周期數 𝑚，確保在1064nm ±20nm范圍內的反射率均大于99.5%。此外，借助電場工具，對膜層結構進一步調整，從而提升薄膜整體的激光損傷閾值。
設計結果
設計結果如上圖所示，在 1064nm ± 20nm 帶寬范圍內，平均反射率達 99.514%
設計流程
盡管金屬或金屬+介質膜可用于高反射膜，但由于金屬存在熱吸收且反射率有限。而高功率激光器對反射鏡要求極高，需盡可能接近100%反射率并最小化吸收損耗。因此，必須采用全電介質膜堆以降低吸收并提高反射率。
通過向量法或導納軌跡法可以證明在基板中鍍高低折射率交替的多層1/4波長膜堆可獲得極高的反射率。反射率公式為：
應用該公式，為了使反射率要到達99.5%，周期數m至少需為8.
使用公式工具構建了膜系作為基礎結構，并分析了在1064nm ± 20nm 帶寬范圍內的反射率分布。右圖顯示了相應的結果，可見在工作波段內的平均反射率達99.63%,已經達到了設計指標。
關于公式工具的更多信息: Tutorial: Formula Tool
通過電場分析工具可以查看電場在膜層間的分布，左圖是標準的四分之一波膜堆的電場分布圖。可見強電場峰值分布于高低折射率的界面上。
左圖顯示，高折射率材料的激光損傷閾值低于低折射率材料。通過適當調整靠近空氣三層的膜厚，可將強電場峰值轉移至低折射率膜層，從而來提高整體薄膜的抗激光損傷閾值。
再次查看調整后膜系的光譜，在 1064nm ± 20nm 帶寬范圍內，平均反射率達 99.52%，仍然滿足設計指標。證明了當前設計不僅滿足高反射率要求，還提高了薄膜的整體激光損傷閾值。
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