Оптическое интерференционное амплитудно-изотропное зеркало Советский патент 1983 года по МПК G02B5/28 

(54) ОПТИЧЕСКОЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ АМПЛИТУДНОИЗОТРОПНОЕ ЗЕРКАЛО

12

Изобретение относится к оптичес- кому приборостроению, в частности к оптическим интерференционным амплитудно-изотропным зеркалам, и может быть использовано в качестве частично пропускающих зеркал в лазерных резонаторах.

Известно оптическое интерференци-. онное зеркало 1, имеющее конструкцию вида

. 0(Н1ГН5.

где О -подложка с показателем

преломления

fr Hi- чередующиеся диэлектрические слои с относительно большим пц и относительно меньшим пц показателями преломления соответственно, причем оптическая толщина этих слоев в направлении прохождения излучения через них равна четверти рабочей длины волны Л ,

m - параметр кратности, определяющий общее число N слоев в системе (); S - среда с показателем преломления .

Недостатком такой конструкции является наличие анизотропии коэффициентов отражения R и Rp для S- и Ркомпонент поляризации при наклонном падении света, т.е. различие этих коэффициентов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является оптическое интерференционное амплитудноизотропное зеркало, содержащее подложку и нанесенную на нее отражающую систему из чередуюьдахся диэлектрических слоев с относительно большим и меньшим показателями преломления, причем оптическая тол1шна этих слоев в направлении прохождения излучения через них равна четверти рабочей длины волны 2 . Конструкция этого зеркала имеет вид

DCQLQHj -s.

где Q - диэлектрический слой с показателем преломления Пц, который больше п и меньше п,, причем оптическая толщина этого слоя в направлении прохождения излучения через него равна четверти рабочей длины волны Л ,

К - параметр кратности, определяющий общее число М слоев в системе ().

При некотором значении hg, из указанного интервала известное зеркало обеспечивает точное равенство R и Rp для заданных значений угла падения излучения на зеркало, рабочей длины волны Л и коэффициента отражения R. Однако для получения высоких коэффициентов отражения 1R 0,99) зеркало должно содержать очень большое число слоев. Например, при ,999 и необходимое число опоев равно 140. Кроме того, отражающую систему в этом случае необходимо формировать из трех пленкообразующих материалов. Эти факторы существенно снижают механическую устойчивость зеркала, а также усложняют его конструкцию и процесс изготовления.

Цель изобретения - повышение ме-. ханической устойчивости зеркала и упрощение его конструкции путем уменшения необходимого числа и состава слоев.

Поставленная цель достигается тем, что в оптическом интерференционном амплитудно-изотропном зеркале, содержащем подложку и нанесенную на нее отражающую систему из чередующихся диэлектричес1а1к слоев с относительно большим и меньшим показателями предломления, причем оптическая толщина этих слоев в направлении прохождения излучения через них равна четверти рабочей длины волны, на отражающую систему нанесен разделительный слой из материала с меньшим показателем преломления, а на этот слой нанесена система из чередующихся равнотолщинных диэлектрических слоев с относительно большим и меньшим показателями преломления, представляющая собой интерференционный поляризатор для рабочей длины волшл, причем оптическая толщина разделительного слоя определяется из соотношения

PntoT/P Ti M Vc,,ct 1J- -Л

i2-n2

4JIl|l-3i(

l

де d - оптическая толщина разделительного слоя; Л - рабочая волны;

P Bcos ot- ftcosd,) n 6s not-8smd-i q|r А-ЛЧс-С,

9 - угол падения излучения на

зеркалоf

п. - показатель преломления матё. риала разделительного слоя,

А,А,В,В,С,С.- (коэффициенты, опречдел яекиё-Ги 3 COOT н оше ний

л-тР.тР 4 2

.т,

Б 2Л . R

с«а2/4л ,

С В-«/4Л, причем - коэффициенты пропуска ния интерференционного поляризатора при длине волны А для Р- и S -поляризацией соответственно, равные 1-, / - коэффициенты пропускания отражающей системы придлине волны Л для Р- и S -поляризаций соответственно, равные 1- Rg коэффициенты отражения интерференционного поляризатора при длине волны Л для 5 - и Р-поляризаций соответственно, коэффициенты отражения отражгиощей системы при длине волны А для S - и Р-поляризаций соответственно, d,d - углы, определяемые из соотношений: , dL-u -ta причем сдвиги фаз на длине волны Л при отражении от интерференционного поляризатора со стороны разделительного слоя для S - и Рполяризаций соответственно, л - . .

.сдвиги фаз на длине волны Л при отра --- -т

женин от отражающей систеийл со стоРОНЫ разделительного слоя для 5 - и Р-поляризаций соответственно.

На чертеже схематически представлено устройство, общий вид.

Оптическое интерференционное амплитудно-изотропное зеркало состоит из подложки 1, отражающей системы 2, разделительного слоя 3 и интерференционного поляризатора 4. При этом конструкция зеркала может быть представлена в виде

50П(Н1,Гн(1.){р()5,

де (ни) - отражгиощая система 2, коэффициент отражения которой взаимосвязан с параметром кратности m ofL - разделительный слой 3 с. оптической толщиной d , определяемой из указанного выше соотношения; р|(Н1. интерференционный поляризатор 4, степень р поляризации которого взаимосвязана с параметром кратности т и коэффициенте толщины р .

Показатели преломления подложки Ij чередующихся слоев и среды, коэф.фициенты отражения и, соответственно, сдвиги фдз згщаются в зависимости от поставленной задачи - заданного коэффициента отражения и рабочего спектрального диапазон-а оптического интерференционного амплитудно-изотропного зеркала.

Параметр m определяется заданным О значением коэффициента отражения (пропускания ) к| (Т ) отражающей системы 2 для Р-поляризации света. Параметры /5 и т определяются заданной степеньюполяризации р интерферен-15 ционного поляризатора 4.

Устройство работает следующим образом.

Отражакяцая система 2 характеризуется тем,, что R| Rg fa интерфе- 0 ренционный поляризатор 4 - тем, что pcfl R г;0(.

Таким образом, при наклонном падении света на конструкцию Р-компонента поляризации практически без изменения 25 проходит через интерференционный поляризатор 4 и разделительный слой 3, отражается отражающей системой 2, после чего проходит через разделительный слой 3 и интерференционный поляризатодд 4 в обратномнаправлении и, следовательно, коэффициент отражения конструкции RP для Р-поляризованного света при длине волны А фактически определяется заданным коэффициентом с отражения 2 системы 2, T.e. . Для 3-поляризованного света конструкция представляет собой систему, состоящую из двух отражающих стоп 2 и 4с коэффициентами отражения й , разделенных раздели- тельным слоем 3. Такая система работает как,фильтр, в результате чего коэффициент отражения 5 -поляризован- . ного света Rg уменьшается так, что Точное равенство 5 достигается при оптической толвЗИне разделительного слоя 3, определяемой фиведеншм ранее соотношением.

Пример. Изготавливают партию JQ -высокоотрс1жающих интерференционных амплитудно-изотропных зеркгш на длину волны Л 632,8 нм для угла падения излучения , имеющих-конструкцию покрытия вида D(HL)O H(2,5L)0,83 55 .C(HL)H, в которой , ,5, р 0,83, m-6.

Таким Образом, общее число слоев в истеме равно 35. Покрытие.наносят а подложки из стекла К-8 методом лектронно-лучевого испарения в вакуме на установке А 700 Q фирмы Leybod Не га«us из материалов двуокиси итана {слой Н) и двуокиси кремния(слой L).

Приведенные значения числа и толщин слоев теоретически обеспечивают получение амплитудно-изотропных зеркал с гарантированным пропусканием ,05% для S - и Р-компонент, что с учетом рассеяния излучения в системе соответствует R ,9%. Практически получают следуюаде результаты: ,04 - 0,06% и () 0-0,01%. Зерксша испытывают на устойчивость к повышенной температуре 300°С с целью оценки их механической устойчивости. Испытания показывают, что целостность покрытия и оптические параметры не изменяются.

Таким образом, изобретение позволяет получать амплитудно-изотропные зеркала при использовании только дву пленкообразующих веществ со значительно меньшим по сравнению с известными устройствами числом слоев при обеспечении высокой механической устойчивости покрытия.

изобретения

Оптическое интерференционное амплитудно-изотропное зеркало, содержа щее по ложку и нанесенную на нее отражающую систему из чередующихся диэлектрических слоев с относительно большим и меньишм показателями преломления, причем оптическая толщина этих слоев в направлении прохождения излучения через них равна четверти рабочей длины волны, отличающееся тем, что, с целью повышения механической устойчивости зеркала и упрощения его конструкции путем уменьшения необходимого числа и состава слоев, на отражающую систему нанесен разделительный слой из материала с м еньшим пока зателем преломления la на этот слой нанесена система из чередующихся равнотолщиниых диэлектрических слоев с относительно большим и меньшим показателями преломления, представляющая собой интерференционный поляризатор для рабочей длины волны, причем оптическая толщина разделительного слоя определяется из сортнсяцения

J - оптическая толщина разделительного слоя, А - рабочая длина волны;

(P Bc05ot-8COSo6;

п Bsinot-BSinoc; 1, А-Л+СгСi