BE1010069A6 - Optisch systeem met hoge reflectiviteitsrooster. - Google Patents

Abstract

Optische systeem omvattende een hoge reflectiviteitsrooster (3) (voor orde o) bestemd als interface tussen een opwaarts, en respectievelijk een afwaarts midden (1,2) met respectievelijke brekingsindex (n1,n2), waarbij (n2) strikt kleiner is dan (n1) en het rooster trefbaar opgesteld is voor invallende golven, in het bijzonder vlakke golven (S1), met vacuüm golflengte via het opwaartse midden (1), en waarbij het rooster (3) gevormd is door een gekarteld oppervlak met een bepaalde periode, merkwaardig doordat de periode van het rooster (3) ten minste kleiner is dan de verhouding van de vacuüm golflengte tot de brekingsindex (n2) van het opwaartse midden (2) en dat het verschil tussen beide brekingsindexen n1 en n2 een zodanige minimum drempelwaarde overschrijdt dat ten minste twee voortplantingsmodes opgewekt zijn door de telkens invallende vlakke golf (s1).

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   OPTISCH SYSTEEM MET HOGE REFLECTIVITEITSROOSTER 
Onderhavige uitvinding betreft een optisch systeem omvattende een hoge reflectiviteitsrooster (voor orde o) bestemd als interface tussen een opwaartse, en respectievelijk een afwaartse midden met respectievelijk brekingsindexen, waarbij de afwaartse index strikt kleiner is dan de opwaartse en het rooster trefbaar opgesteld is voor invallende golven,   i. h. b. vlakke   golven, met vacuüm golflengte via het opwaartse midden, en waarbij het rooster gevormd is door een gekarteld oppervlak met een bepaalde periode. 



   Dergelijke optische systemen omvattende roosters van het bovenvermelde type zijn reeds bekend doch heeft deze uitvinding als doel een bijzonder hoge reflectiviteit te bekomen voor nulde orde reflecterende vlakke golven met hieraan gekoppeld een uiterst lage koppeling voor de nulde orde transmissie vlakke golf en ook voor de hogere orde reflecterende vlakke golven. 



   Voor het bewerkstelligen hiervan is volgens de uitvinding een bijzondere combinatie voorzien van de roosterparameters, zoals periode, diepten en vorm, en van brekingsindexen van de respectievelijke middens, invalshoeken van de invallende golven, polarisatie en golflengte. Aldus is volgens de uitvinding voorzien dat de periode van het rooster ten minste kleiner is dan de verhouding van de   vacuüm   golflengte tot de brekingsindex van het opwaartse midden en dat het verschil tussen beide brekingsindexen een zodanige minimum drempelwaarde overschrijdt dat ten minste twee voortplantingsmodes opgewekt zijn door de telkens invallende vlakke golf. 



   Doordat de periode van het rooster kleiner is 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 dan de verhouding van de vacuüm golflengte tot de brekingsindex van het opwaartse midden kunnen enkel transmissie orden van de nulde orde bestaan. Verder worden, dankzij genoemd minimum verschil tussen beide   brekingsindexentenminstetweevoortplantingsmodesopge-   wekt door de invallende vlakke golf. 



   Volgens een verdere uitvoeringsvorm van de 
 EMI2.1 
 uitvinding vertoont het rooster periodiciteit. Deze uitvoeringsvorm blijkt aangewezen te zijn wanneer een TM polarisatie mode is ingesteld. 



   Ook is de instelling van een TE polarisatie mode mogelijk waarbij de roosterparameters voor optimale TM- of TE-werking verschillend zijn, hetgeen toelaat een ruime polarisatie selectiviteit voor de nulde orde reflectiviteit te verwezenlijken, zelfs voor een zogenaamde normale invalshoek. 



   Volgens een specifieke uitvoeringsvorm van de uitvinding vertoont het rooster een dwarssectie met rechthoekige structuur. Meer in het bijzonder vertoont het rooster een zogenaamde vullingsfactor die begrepen is tussen 40 en 60 %, bij voorkeur nagenoeg 50   %.   Meer in het bijzonder nog is genoemd afwaarts midden gevormd door lucht of vacuüm met als afwaartse brekingsindex n2 nagenoeg de eenheid en verder is de opstelling van de optische inrichting zodanig dat de invalshoek nagenoeg normaal is ten opzichte van het rooster. 



   Hiermee zijn volgens een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding de roosterparameters gekozen voor een minimale nulde orde transmissie of een maximale nulde orde reflectie 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 of tussen beide, waarbij deze voortvloeien uit de hierna volgende uitdrukkingen 
 EMI3.1 
    met 11. 0, eff   = effectieve brekingsindex van de eerste voortplantingsgolf in de roosterzone ; d = de roosterdiepte. 



  Deze vormen benaderingsuitdrukkingen die uiterst waardeerbaar zijn als startpunt voor de optimisatie van de roosterparameters in de eerder vermelde omstandigheden. 



  Deze uitdrukkingen leveren een minimale waarde op voor de brekingsindex van het opwaartse midden in het boven omschreven specifiek geval waarbij deze minimale waarde   V5 bedraagt.    



   Volgens een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding is de opwaartse brekingsindex   n.   gekozen binnen een interval begrepen tussen 3 en 4, bij voorkeur rond   3.   Het hoge reflectiviteitseffect voor orde 0 is immers voor deze waarde van   n1   geoptimiseerd met uiteraard als verdere specificaties hetzelfde als hierboven. 



   Deze uitvinding heeft ook nog betrekking op een laserinrichting die een optische inrichting omvat van het bovenvermeld type dat hierin specifiek gebruikt 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 is als enkelvoudige spiegel ter gedeeltelijke of zelfs volledige vervanging van de zogenaamde Bragg kwart golflengte stapeling van meerdere reflecterende lagen. 



   In een bijzonder voordelige toepassing is de laserinrichting gevormd door een zogenaamde VCSEL (vertical cavity surface emitting laser). Dit biedt immers uitgesproken voordelen aangaande performantie en fabricageëenvoud van dergelijke inrichtingen. 



   Verdere voordelen en bijzonderheden zullen blijken uit het hierna volgend beschrijvingsvoorbeeld met de bijgevoegde tekeningen. 



   - Figuur 1 is een dwarssectie van een eerste uitvoe- ringsvoorbeeld van de roosterstructuur volgens de uitvinding. 



   Figuur 2 stelt een dwarssectie voor van een tweede   uitvoeringsvoorbeeld van de roosterstructuur voor-    gesteld in figuur 1. 



   Hierna volgend is een tabel opgegeven waarin enkele resultaten voor verschillende parameterwaarden zijn voorgesteld. De vullingsfactor f is gekozen op 50 % in alle gevallen. De optimale waarden dopt en A opt in deze tabel   zijn geoptimiseerd   middels numerieke berekeningen voor het bekomen van een maximale reflectiviteit, terwijl de benaderde   waarden dapper   en   Aappr   bekomen werden middels de hierboven vermelde uitdrukkingen. 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 
 EMI5.1 
 
<tb> 
<tb> n1 <SEP> dopt/# <SEP> #/# <SEP> R0TM <SEP> dappr/# <SEP> #/#
<tb> 2. <SEP> 5 <SEP> 0. <SEP> 443 <SEP> 0. <SEP> 85 <SEP> 0. <SEP> 917718 <SEP> 0. <SEP> 436 <SEP> 0. <SEP> 873 <SEP> 
<tb> 3 <SEP> 0. <SEP> 360 <SEP> 0. <SEP> 670 <SEP> 0. <SEP> 966024 <SEP> 0. <SEP> 3495 <SEP> 0. <SEP> 707 <SEP> 
<tb> 3. <SEP> 5 <SEP> 0. <SEP> 300 <SEP> 0.

   <SEP> 570 <SEP> 0. <SEP> 999128 <SEP> 0. <SEP> 2916 <SEP> 0. <SEP> 596 <SEP> 
<tb> 4 <SEP> 0. <SEP> 263 <SEP> 0. <SEP> 550 <SEP> 0. <SEP> 952357 <SEP> 0. <SEP> 25 <SEP> 0. <SEP> 516 <SEP> 
<tb> 
 
Deze tabel toont duidelijk welke hoge nulde orde reflectiviteit bekomen kan worden en toont eveneens dat de benaderde uitdrukkingen de optimale parameters vrij precies laten voorspellen, en dit op typische wijze binnen een marge van 5 %. Verder maakt deze tabel ook duidelijk dat het zogenaamde GIRO-effect (Giant Reflectivity to order 0) het best is voor een waarde van de opwaartse brekingsindex n1 rond   3   (uiteraard nog steeds voor F = 50 %). 



   Samengevat, kan worden vooropgezet dat dankzij deze uitvinding gericht op een zogenaamde GIRO-grating, of hier hoge reflectiviteitsrooster vor nulde orde genoemd, deze laatste enerzijds een reflectiviteit voor de nulde orde reflecterende vlakke golven vertoont die 100 % benadert en anderzijds een koppeling voor de nulde orde doorlatings vlakke golven die 0 % benadert evenals voor de hogere orde reflecterende vlakke golven, waarbij de nulde orde reflectiviteit veel groter is dan de re- 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 flectiviteit van een equivalent vlak interface tussen beide middens 1 en 2. Dit laatste geldt enkel voor bijzondere parametercombinaties, in het bijzonder met betrekking tot de roosterparameters, dewelke volgens deze uitvinding zijn opgegeven zoals hoger uiteengezet.

Claims (12)

1. CONCLUSIES 1. Optische systeem omvattende een hoge reflectiviteitsrooster (3) bestemd als interface tussen een opwaarts, en respectievelijk een afwaarts midden (1, 2) met respectievelijke brekingsindex (n1, n2), waarbij (n2) strikt kleiner is dan (nul) en het rooster trefbaar opgesteld is voor invallende golven, in het bijzonder vlakke golven (sl), met vacuüm golflengte () via het opwaartse midden (1), en waarbij het rooster (3) gevormd is door een gekarteld oppervlak met een bepaalde periode (A), daardoor gekenmerkt dat de periode (A) van het rooster (3) ten minste kleiner is dan de verhouding van de vacuüm golflengte () tot de brekingsindex (n2) van het opwaartse midden (2)

   en dat het verschil tussen beide brekingsindexen n1 en n2 een zodanige minimum drempelwaarde overschrijdt dat ten minste twee voortplantingsmodes opgewekt zijn door de telkens invallende vlakke golf (sl).
2. 2. Optisch systeem volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat het rooster (3) een ééndimensionale periodiciteit (A) vertoont.
3. 3. Optisch systeem volgens een der vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat een TM polarisatie mode is ingesteld.
4. 4. Optisch systeem volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat een TE polarisatie mode is ingesteld.
5. 5. Optisch systeem volgens een der vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat het rooster (3) een dwarssectie vertoont met rechthoekige structuur. <Desc/Clms Page number 8>
6. 6. Optisch systeem volgens een der vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat het rooster (3) een zogenaamde vullingsfactor (f) vertoont die begrepen is tussen 40 en 60 %, bij voorkeur nagenoeg 50 %.
7. 7. optisch systeem volgens een der vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat genoemd afwaarts midden (2) gevormd is door lucht of vacuüm met als afwaartse brekingsindex n2 nagenoeg de eenheid.
8. 8. Optisch systeem volgens een der vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat de opstelling hiervan zodanig is dat de invalshoek nagenoeg normaal is t. o. v. het rooster (3).
9. 9. Optisch systeem volgens een der vorige conclusies, daardoor gekenmerkt dat de roosterparameters gekozen zijn binnen een minimale nulde orde transmissie of een maximale nulde orde reflectie of tussen beide, als voortvloeiend uit de hierna volgende uitdrukkingen EMI8.1 <Desc/Clms Page number 9> met nô, eft = effectieve brekingsindex van de eerste voortplantingsgolf in de roosterzone (3), d = de roosterdiepte.
10. 10. Optisch systeem volgens de vorige conclusie, daardoor gekenmerkt dat de opwaartse brekingsindex (nul) gekozen is binnen een interval begrepen tussen 3 en 4, bij voorkeur nagenoeg 3, 5.
11. 11. Laserinrichting daardoor gekenmerkt dat hij een optisch systeem omvat volgens een der vorige conclusies dat hierin gebruikt is als enkelvoudige spiegel ter gedeeltelijke of volledige vervanging van de zogenaamde Bragg kwart golflengte stapeling (Bragg quarter-wavelength stack).
12. 12. Laserinrichting volgens de vorige conclusie, daardoor gekenmerkt dat hij gevormd is door een VCSEL (vertical cavity surface emitting laser).