增透膜与全反膜设计
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增透膜与全反膜设计
➢ 半导体激光端面的镀膜条件 ➢ 半导体激光端面减反膜设计与优化 ➢ 半导体激光端面全反膜设计与优化
计算光学膜，给出膜层材料、膜层数目、厚度、特性 激光材料的折射率为n0≈3.3737 介质膜材料： SiO2、 Ta2O5、Al2O3、TiO2中选择 介质膜 考虑复折射率
达到如下要求： 1、减反射膜 在1250nm~1350nm整个波段，反射率小于1%。 设计时候考虑各层膜厚的均匀性为±3%，即设计为100nm的 膜可能长出来为97~103nm之间，考虑这个容差，使得整个膜 的减反射都小于1%。即透过率达到99%。 2、高反膜 在同样的不均匀性情况下，1250nm~1350nm的 反射率均为88~92%之间。
5对膜 系方案
6对膜 系方案
膜层设计方案
理论反射率结果
5对膜系方案反射率结果
6对膜系方案反射率结果
全反射设计优化目标
全反射膜层设计优化方案
5对膜系方案
6对膜系方案
全反射膜层设计模拟结果
5对膜系方案
6对膜系方案
5对膜系方案
6对膜系方案
减反膜设计优化后测试结果
镀膜中应注意要点
1)基底表面清 洁。
2)基底温度控 制：要减少镀 膜时间,考虑 在未将基底正 式件放入真空 室之前先对膜 料进行预融。
3)均匀性控制： 主要有离子源、 光纤在真空室 内摆放的位置 及膜料的蒸发
角度。
4)工艺参数： 控制温度、真 空度、氧分压
等。
三、半导体激光端面全反膜设计与优化
其中 H代表高折射率材料 ZrO2的 1/4中心波长的光学厚度, L代表低折射 率材料 SiO2的 1/4中心波长的光学厚度。
理论反射率曲线图
镀百度文库前
镀膜后
减反射设计优化目标
减反膜膜层设计优化方案
优化后设计膜系为：S |0.6633 H 1.5991 L 1.6052 H 0.9170 L| A
二、半导体激光端面减反膜设计与优化
减反膜系设计的基本原则：
（1）在给定基底材料的前提 下，通过较少的层数 ，实现
尽可能高的透过率。
（2）考虑镀膜材料之间及其 与基底材料之间的匹配 ，避 免应力的集中，保证膜层与
基底之间结合牢固。
为了获得性质稳定、高致密性且高激光损伤阈值的光学薄膜， 需要考虑膜料的一些性质，包括膜料的纯度、光学机械特性、 化学特性等，从而选择出合适的膜料以及匹配的蒸发技术。
大功率半导体激光器高反射腔面膜通常采Ta2O5/SiO2、Si/Al2O3、 HfO2/SiO2等膜系。本实验采用 Ta2O5/SiO2膜系做器件的高反膜。
选择这些材料的原因如下： SiO2折射率约为1.5 ，在工作波长上 消光系数足够小，呈均匀的微粒生长，膜层结构为无定型态，具 有较高的激光损伤阈值，被认 为 是 一 种 比 较 理 想 的 低 折 射 率 材 料。 Ta2O5 的折射率在 2.0-2.2， 膜层致密度极高，填充密度趋于1， 激光破坏阈值略高于 TiO2，同时该膜系对 GaAs 材料的粘附性很 好。 同时其工艺相对简单 重复性好 并且能达到 我们对透射率的要求
1.低折射率材料主要有SiO2、MgF2等，其中SiO2 具 有很高的机械性能 ，它也具有好的重复性及简单的制
备工艺。因而选用 SiO2 为低折射率材料 。
2. 高折射率材料主要有TiO2、ZrO2、Ti2O5等，其中 TiO2 的牢固性好，因而选用TiO2为高折射率材料。
背景设置
设计膜系为：S |1 H 1 L 1 H 1 L| A
➢ 半导体激光端面的镀膜条件 ➢ 半导体激光端面减反膜设计与优化 ➢ 半导体激光端面全反膜设计与优化
计算光学膜，给出膜层材料、膜层数目、厚度、特性 激光材料的折射率为n0≈3.3737 介质膜材料： SiO2、 Ta2O5、Al2O3、TiO2中选择 介质膜 考虑复折射率
达到如下要求： 1、减反射膜 在1250nm~1350nm整个波段，反射率小于1%。 设计时候考虑各层膜厚的均匀性为±3%，即设计为100nm的 膜可能长出来为97~103nm之间，考虑这个容差，使得整个膜 的减反射都小于1%。即透过率达到99%。 2、高反膜 在同样的不均匀性情况下，1250nm~1350nm的 反射率均为88~92%之间。
5对膜 系方案
6对膜 系方案
膜层设计方案
理论反射率结果
5对膜系方案反射率结果
6对膜系方案反射率结果
全反射设计优化目标
全反射膜层设计优化方案
5对膜系方案
6对膜系方案
全反射膜层设计模拟结果
5对膜系方案
6对膜系方案
5对膜系方案
6对膜系方案
减反膜设计优化后测试结果
镀膜中应注意要点
1)基底表面清 洁。
2)基底温度控 制：要减少镀 膜时间,考虑 在未将基底正 式件放入真空 室之前先对膜 料进行预融。
3)均匀性控制： 主要有离子源、 光纤在真空室 内摆放的位置 及膜料的蒸发
角度。
4)工艺参数： 控制温度、真 空度、氧分压
等。
三、半导体激光端面全反膜设计与优化
其中 H代表高折射率材料 ZrO2的 1/4中心波长的光学厚度, L代表低折射 率材料 SiO2的 1/4中心波长的光学厚度。
理论反射率曲线图
镀百度文库前
镀膜后
减反射设计优化目标
减反膜膜层设计优化方案
优化后设计膜系为：S |0.6633 H 1.5991 L 1.6052 H 0.9170 L| A
二、半导体激光端面减反膜设计与优化
减反膜系设计的基本原则：
（1）在给定基底材料的前提 下，通过较少的层数 ，实现
尽可能高的透过率。
（2）考虑镀膜材料之间及其 与基底材料之间的匹配 ，避 免应力的集中，保证膜层与
基底之间结合牢固。
为了获得性质稳定、高致密性且高激光损伤阈值的光学薄膜， 需要考虑膜料的一些性质，包括膜料的纯度、光学机械特性、 化学特性等，从而选择出合适的膜料以及匹配的蒸发技术。
大功率半导体激光器高反射腔面膜通常采Ta2O5/SiO2、Si/Al2O3、 HfO2/SiO2等膜系。本实验采用 Ta2O5/SiO2膜系做器件的高反膜。
选择这些材料的原因如下： SiO2折射率约为1.5 ，在工作波长上 消光系数足够小，呈均匀的微粒生长，膜层结构为无定型态，具 有较高的激光损伤阈值，被认 为 是 一 种 比 较 理 想 的 低 折 射 率 材 料。 Ta2O5 的折射率在 2.0-2.2， 膜层致密度极高，填充密度趋于1， 激光破坏阈值略高于 TiO2，同时该膜系对 GaAs 材料的粘附性很 好。 同时其工艺相对简单 重复性好 并且能达到 我们对透射率的要求
1.低折射率材料主要有SiO2、MgF2等，其中SiO2 具 有很高的机械性能 ，它也具有好的重复性及简单的制
备工艺。因而选用 SiO2 为低折射率材料 。
2. 高折射率材料主要有TiO2、ZrO2、Ti2O5等，其中 TiO2 的牢固性好，因而选用TiO2为高折射率材料。
背景设置
设计膜系为：S |1 H 1 L 1 H 1 L| A