Оптическое интерференционное амплитудно-изотропное зеркало

Оптическое интерференционное амплитудно-изотропное зеркало

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (n)992429 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 17. 08. 81(21) 3331227/18-10 (И) М. Кл.з с присоединением заявки М—

С 02 В 5/28 (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 3001.83. Бюллетень М 4

Дата опубликования описания 300183 (53) УДК 535 . 345 . б 7 (088.8) (72) Авторы изобретения

А.С. Ни китин, Е. А. Не смелов, A.Ã. Гусев, И. С.

В.Н. Глебов и С.В.Кобелев (71) Заявитель (54 ) ОПТИЧЕСКОЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ АИПЛИТУДНОИЗОТРОПНОЕ ЗЕРКАЛО

О(Н )п Н5, где 0

0(Юбан) Изобретение относится к оптичес= кому приборостроению, в частности к оптическим и нтер фере нцион ным амплитудно-изотропным зеркалам, и мо. жет быть использовано в качестве частично пропускающих зеркал в лазерных резонаторах.

Известно оптическое интерференционное зеркало (1 ), имеющее конструкцию вида †подложка с показателем преломления n >, 15 и L - чередующиеся диэлектрические слои с относительно большим п> и относительно меньшим п показателяL ми преломления соответственно, причем оптическая толщина этих слоев в направлении прохождения излучения через них равна четверти рабочей длины волны Л; параметр кратности, опре- деляющий общее число М слоев в системе (й2в+1); среда с показателем преломления (о.

Недостатком такой конструкции является наличие анизотропии коэффициентов отражения R u R p для S» и P5 компонент поляризации йри 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 чередующихся диэлектрических слоев с относительно большим и меньшим показателями преломления, причем оптическая толщина этих слоев в направлении прохождения излучения через них равна четверти рабочей длины волны (2 ). Конструкция этого зеркала имеет вид где Q - диэлектрический слой с показателем преломления n+, который болыае и< и меньше и>, причем оптическая толщина этого слоя в направлении прохождения излучения через него равна четверти рабочей длины волны

992429

P-O c«)s с - Ьсоз« „ и= 8 Sfll О(— В 81И«)(. "

«р 4-A)+Ñ- С);

К вЂ” параметр кратности, определя-. ющий общее число И слоев в системе (N=-4Ê) .

При некотором значении h@ из укаэанного интервала известное зеркало обеспечивает точное равенство R и А ), 5 для заданных значений угла падения излучения на зеркало, рабочей длины волны Л и коэффициента отражения R.

Однако для получения высоких коэффи.— циентов отражения (Й > 0,99 ) зеркало должно содержать очень большое число слоев. Например, при В9- Rp= В=О, 999 и Q=45 необходимое число слоев pasно 140. Кроме того, отражающую систему в этом случае необходимо фор- f5 мировать из трех пленкообразующих материалов. Эти факторы существенно снижают механическую устойчивость зеркала, а также усложняют его конструкцию и процесс изготовления. 20

Цель изобретения — повышение ме-. ханической устойчивости зеркала и упрощение его конструкции путем уменьшения необходимого числа и состава слоев. 25

Поставленная цель достигается тем, что в оптическом интерференционном амплитудно-изотропном зеркале, содержащем подложку и нанесенную на нее отражающую систему иэ череду- З ющихся диэлектричес)«их 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 волны, причем оптическая толщина разделительного 45 слоя определяется из соотношения где «) - оптическая толщина разделительного слоя; $5 рабочая длина волны, 8 - угол падения излучения на зеркало и„ - показатель преломления материала разделительного слоя, A,A,B,В,С,С).- )коэффициенты, опре.деляеп)(а,изсоотношений

В= TP

4 2 1

A =- Т 7

4 2

RS RS

4 Я

В =М RP. Г

2 с- ь2(м, С = В )2!+Л( причем Т) э — коэффициенты пропуска4 ния интерференционного поляризатора при длине волны Л для P- u S -поляризацией соответственно, равные

Т 4 =1- Я 4, Т вЂ” коэффициенты пропускания отражающей системы при длине волны Л для P- и 5 -поляризаций соответственно, равные Т 1- R2

РS

Р4 - коэффициенты отражения интерференционного поляризатора при длине волны Л для 5 - и P-поляризаций соответственно, R5 — коэффициенты отражения отражающей системы при длине волны ))(для 5 — и P-поляризаций

t соответственно, Ы, «)t . — углы, определяемые из соотношений: a=-а5 +35

«)(, = д 4 +а, причем 5 - сдвиги фаз на г длине волны Л при отражении от интерференционного поляризатора со стороны разделительного слоя для S — и Pполяризаций соответственно, ь Р— ,сдвиги фаз на длине волны Л при отражении от отражающей системы со стороны разделительного слоя для Я - 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

D((lL) H)((,L)()«((HL) H))S, где (НЦ и — отражающая система 2, коэффициент отражения которой взаимосвязан с параметром кратности В

gL — разделительный слой 3 с. оптической толщиной д, определяемой иэ указанного выше соотношения; )((Н«/ Н)- интерфервнционный поляризатор 4, степень «) поляризации которого взаимосвязана с параметром кратности rn и коэффициI ентом толщины )ъ °

992429

Формула изобретения

Показатели преломления подложки

1» чередующихся слоев и среды, коэф.Фициенты отражения и, соответственно, сдвиги фаз задаются в зависимости от поставленной задачи — заданного коаффициента отражения и рабочего спектрального диапазона оптического интерференционного амплитудно-изотропного зеркала.

Параметр ю определяется заданным ®О значением коэффициента отражения (пропускания ) R (T <) отражающей системы 2 для P-поляризации света.

Параметры р и п определяются заданной степенью поляризации о интерферен 15 ционного поляризатора 4.

Устройство работает следующим образом.

Отражающая система 2 характеризуется тем, что Й v R, а интерфе- 2О ренционный поляризатор 4 — тем, что

Р 1 й4 0(Т4-1)

Такйм образом, при наклонном падении света на конструкцию P-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 поляризатор

4 в обратном направлении и, следовательно, коэффициент отражения конст. рукции Я дпя P-поляризованного света при длине волны Ъ фактически определяетс, заданным коэффициентом отражения Р2 отражающей системы 2, т.е. Rp R2 . Лдя S-поляризованного света конструкция представляет собой систему, состоящую из двух отражающих стоп 2 и 4 с коэффициентами отражения R5 и R5, разделенных разделительным слоем 3. Такая система работает как фильтр, в результате чего коэффициент отражения .S -поляризован.. ного света R» уменьшается так, что и 4В . Точное равенство Вз Rp достйгается при оптической толщине разделительного слоя 3, определяемой приведенным ранее соотношением.

Пример. Изготавливают партию высокоотражающих интерференционныхамплитудно-изотропных зеркал на длину волны Л =632,8 нм для угла падения излучения 9 =45, имеющих -конструкцию покрытия вида 0(HL)+o Н(2,5L)0,83 ((НЕ)ЬН), в которой m 10, g =2,5, p =

0,83, m 6.

Таким образом, общее число слоев в системе равно 35. Покрытие .наносят на подложки иэ стекла К-8 методом электронно-лучевого испарения в вакууме на установке A 700 Q фирмы 1,еуЬоеЬ Неraeus иэ материалов двуокиси титана (слой Н) и двуокиси кремния (слой L).

Приведенные значения числа и тол щин слоев теоретически обеспечивают получение амплитудно-изотропных зеркал с гарантированным пропусканием

TS=T =0,05% для 5 — и Р-компонент, что с учетом рассеяния излучения в системе соответствует и =Яр=99,9%.:

Практически получают следующие результаты: Т =0,04 — 0,06% и (Тр-TS)=

=0-0,01%. Зеркала 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 двух пленкообразующих веществ со значительно меньшим по сравнению с известными устройствами числом слоев при обеспечении высокой механической устойчивости покрытия.

Оптическое интерференционное амплитудно-изотропное зеркало, содержащее подложку и нанесенную на нее отражающую систему из чередующихся диэлектрических слоев с относительно большим и меньшим показателями преломления, причем оптическая толщина этих слоев в направлении прохождения излучения через них равна четверти рабочей длины волны, о т л и ч а ющ е е с я 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 иэ 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 волны, причем оптическая толщина разделительного слоя определяется из сортношения где 4 - оптическая толщина разделительного слоя, Д - рабочая длина волны, Р= В co»N — 8 0» ;

n = Ь Sind - Ьз = л-л +с.-с ;

7 992429 в

В=М

4 в = М и й

t- 2/44

ВНИИПИ Заказ 355/24 Тираж 509 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4

9 - угол падения излучения на зеркало показатель преломпения материала разделительного слоя; м

Д, Pß,5, S,С, С вЂ”. коэффициенты, определяемае из соотношений

Я=Т ° Т

4 2

Д =Т -Т

4 2

С = о /4Я > причем Т „ -коэффициенты пропускания интерференционного поляризатора при длине волны Л для Р-.и S -поляриза цнй соответственно равные TP =1-Й,, Т

1 4 = 4!р

Т g — коэффициенты пропускания отра жающей системы при длине волны Л для

P и 5 -поляризаций соответственно, равные TP PS SP

Т -1- р>, й4 коэффициенты отражения интерференционного поляризатора при длине волны Л для 5- и Р-поляри заций соответственно, Й - коэффициенты отражения отражающей системы при длине волны А для S - и Р-поляриз аций соответственно d d,"— углы, определяемые из соотношений: <4=b =а +а — +а ин причем .с1 - сдвиги ф

4 аз на дл е волны Л при отражении от интер ференционного поляризатора ора со стороны разделительного слоя для 5 — и Рполяризаций соответственно, д - сдвиги фаз на длине волны Л при отражении

НО у д р сдвиот отражающей системы со стороны ороны разделительного слоя для 5 Ри -поляризаций соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экс экспертизе

1. Крылова Т. Н. Интерференционные ,юкрытия. Л., "Машиностроение", 1973, с. 63-72.

2 Минков И.М, К теории диэлектрических зеркал, работающих при наклонном падении света.-"Оптика и спектроскопия", т.33, вып. 2, 1972, с. 332338 (прототип).