ФАЗОСДВИГАЮЩИЙ ОТРАЖАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2003 года по МПК G02B5/30 

Изобретение относится к области лазерной оптики, более конкретно к внерезонаторному преобразованию когерентного излучения.

Известно устройство [1] (прототип) для преобразования линейной поляризации излучения, выходящего из лазера, в круговую. Он представляет собой фазосдвигающий элемент λ/4, осуществляющий четвертьволновой сдвиг фазы между ортогональными линейно поляризованными составляющими оптического излучения. Такие элементы изготавливаются по технологии многослойного напыления диэлектрических слоев на подложку.

Недостатком такого устройства является то, что лучевая стойкость таких элементов невысока, что создает проблемы их использования в лазерах с высокой выходной мощностью.

Техническая задача изобретения - создание фазосдвигающего отражательного элемента, имеющего высокий коэффициент отражения и лучевую стойкость.

Указанная задача достигается тем, что фазосдвигающий отражательный элемент, выполнен в виде отражательной дифракционной решетки с прямоугольной формой штрихов, с периодом Т меньше длины волны излучения λ, ширина d и высота h выступов рельефа определяются по формуле

где Δ - требуемый фазовый сдвиг, γ - угол падения луча на элемент. Для создания фазосдвигающего элемента λ/4, работающего под углом 45^o к падающему излучению (угол падения луча на элемент 45^o), ширина d и высота h выступов рельефа определяются по формуле

Для создания фазосдвигающего элемента λ/2, работающего под углом 45^o к падающему излучению (угол падения луча на элемент 45^o), ширина d и высота h выступов рельефа определяются по формуле

Сущность изобретения иллюстрируется на фиг.1-5.

Фазосдвигающий отражательный элемент выполнен в виде отражательной дифракционной решетки с прямоугольной формой штрихов фиг.1. Период Т меньше длины волны излучения λ, ширина d и высота h выступов рельефа определяются по формуле

где Δ - требуемый фазовый сдвиг, γ - угол падения луча на элемент фиг.2. На фиг.3-5 показан ход лучей при параллельной и перпендикулярной ориентациях вектора электрического поля относительно штрихов решетки.

Устройство работает следующим образом.

В предлагаемом оптическом элементе отражательная дифракционная решетка имеет период меньше длины волны излучения. В этом случае эта структура эквивалентна однородному оптическому слою, толщина которого равна высоте штрихов. Однако оптические параметры этого слоя различны для излучения с вектором электрического поля вдоль линий рельефа и для излучения с вектором электрического поля поперек линий рельефа. Эквивалентные параметры слоя (диэлектрическая проницаемость ε_∥, ε_┴ и показатель преломления n_∥ = ε1/2∥

, n_┴ = ε1/2┴) определяются известными соотношениями для электромагнитных волн на границе раздела двух сред. В нашем случае это воздух и металл, входящие в состав слоя. Общие формулы для ε_∥, ε_┴ имеют вид



Здесь - диэлектрическая проницаемость воздуха и нанесенного материала соответственно; d - ширина впадин (воздушных промежутков) и выступов (металлических полосок) соответственно; Т - период. Для воздуха для металла ε>>1 и формулы сильно упрощаются
ε_∥ = ε•d/T; ε_┴ = T/(T-d) (2)
Известно, что ε для металла превышает ε для диэлектриков на несколько порядков, что и определяет высокие отражательные свойства металла [2]. Величина ε_∥ по формуле остается большой, поэтому излучение с вектором Е, параллельным штрихам решетки, отражается от верхней поверхности штрихов практически как от гладкой поверхности металла, фиг.3.

Для поляризации с вектором Е, перпендикулярным линиям рельефа, ε_┴ мало и сильно зависит от выбираемых параметров рельефа. Такое излучение проходит через слой и отражается от дна впадин, фиг.4. Оптическая разность хода для этих двух поляризаций, как это видно из фиг.5, определяется по законам преломления

После преобразований (3) с учетом (2) получим уравнение, связывающее d и h:

Для создания фазосдвигающего элемента λ/4, работающего под углом 45^o к падающему излучению (угол падения луча на элемент 45^o), ширина d и высота h выступов рельефа определяются по формуле

Для создания фазосдвигающего элемента λ/2, работающего под углом 45^o к падающему излучению (угол падения луча на элемент 45^o), ширина d и высота h выступов рельефа определяются по формуле

Источники информации
1. "Технологические лазеры" Справочник в двух томах под редакцией Г.А. Абильсиитова. Москва: Машиностроение, 1991 г., стр.286.

2. Б.М.Яворский и А.А.Детлаф "Справочник по физике" Москва: Наука, 1974 г., стр.594.

Изобретение относится к области лазерной оптики, более конкретно к внерезонаторному преобразованию когерентного излучения. Сущность: фазосдвигающий отражательный элемент, имеющий высокий коэффициент отражения и лучевую стойкость, выполнен в виде отражательной дифракционной решетки с прямоугольной формой штрихов, причем период Т меньше длины волны излучения λ, ширина d и высота h выступов рельефа определяются по формуле
,
где Δ - требуемый фазовый сдвиг, γ - угол падения луча на элемент. Для создания фазосдвигающего элемента λ/4 или λ/2, работающего под углом 45^o к падающему излучению (угол падения луча на элемент 45^o) ширина d и высота h выступов рельефа определяются по заявленным формулам. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Фазосдвигающий отражательный элемент, отличающийся тем, что выполнен в виде отражательной дифракционной решетки с прямоугольной формой штрихов с периодом Т меньше длины волны излучения λ, ширина d и высота h выступов рельефа связаны формулой

,

где Δ - требуемый фазовый сдвиг;

γ- угол падения луча на элемент.

2. Фазосдвигающий отражательный элемент по п.1, отличающийся тем, что для фазового сдвига γ/4 при угле падения излучения на элемент 45° ширина d и высота h выступов рельефа связаны формулой

.

3. Фазосдвигающий отражательный элемент по п.1, отличающийся тем, что для фазового сдвига λ/2 при угле падения излучения на элемент 45° ширина d и высота h выступов рельефа связаны формулой

.