CS254862B1

CS254862B1 - Interferenční studené zrcadlo

Info

Publication number: CS254862B1
Application number: CS853095A
Authority: CS
Inventors: Pavel Obdrzalek; Petr Mlcoch
Original assignee: Pavel Obdrzalek; Petr Mlcoch
Priority date: 1985-04-29
Filing date: 1985-04-29
Publication date: 1988-02-15
Also published as: CS309585A1

Abstract

Vynález řeší interferenční studené zrcadlo se dvěma, na pevné podložce upravenými bloky tenkých, vakuově napařovaných vrstev, mezi kterými je vytvořen střední blok, obsahující čtyři až osm vrstev s celkovou optickou tlouštkou Δθ = λ/4. První vrstva u vzduchu celého systému třiblokového zrcadla má nízký index lomu (/aL) a optickou tlouštku Δ^ = Λ/2, zatímco poslední, přímo na podložce vytvořená vrstva má vysoký index lomu tyuH) a tlouštku Δχ = 0,6 /1/4. Optické tlouštky vakuově napařovaných vrstev krajních bloků jsou uspořádány tak, že náběžné hrany křivky spektrální odrazivosti na hladině 50 % se nacházejí v krajích viditelné části spektra. Všechny optické tlouštky tenkých napařovaných vrstev jsou násobeny faktorem 1/cos tf>, kde (ř'je úhel lomu ve vrstvách dopadovému úhlu f, který se po odrazu uplatňuje s maximální vahou.

Description

Vynález se týká interferenčního studeného zrcadla, tvořeného dvěma, na pevné podložce upravenými bloky vrstev, z nichž každý obsahuje osm až čtrnáct tenkých, vakuově napařovaných vrstev střídavě vysokého a nízkého yu_L indexu'lomu, kdy optická tlouštka prvního, od podložky vzdálenějšího bloku je určena vztahem Δ_Α =(A/4) (1 + £ /90°) a optická tlouštka na podložce vytvořeného bloku je určena vztahem Δ_β = ( λ/4) (1 - £/90°), kde veličina £ = arcsin yu_H - f ýu_L a lambda je centrální vlnová délka maxima odrazivostí.

U optických přístrojů, které používají výkonné.světelné zdroje, vyzařující energii jak ve viditelné, tak v blízké infračervené oblasti spektra, je zpravidla nutné oddělit funkční světelné záření oč. záření tepelného. Toto oddělení, nazývané filtrace, se provádí pomocí takzvaného studeného zrcadla, které odráží pouze viditelnou složku dopadajícího záření, kdežto tepelné záření propouští. Jedná se v podstatě o dielektrický systém vrstev, napařených ve vakuu na vhodnou, zpravidla skleněnou podložku a pracujících na principu interference světla. Funkce studeného zrcadla je odvozena ze selektivní spektrální odrazivosti jednoho takového systému dielektrických tenkých vrstev střídavě vysokého /i_H a nízkého yu_L indexu lomu, nazývaného blok. Běžná, dosud vyráběná studená zrcadla jsou tvořena dvěma takovými bloky, z nichž každý obsahuje osm až čtrnáct tenkých vrstev.

Některé optické přístroje, jako například filmové projektory nebo barevné hlavy zvětšovacích přístrojů, jsou opatřeny studenými zrcadly zakřiveného tvaru, která kromě výše uvedené základní funkce plní ještě požadavky z hlediska teploty chromatičnosti odraženého světla.

Tato funkce je přímo určena polohou křivky spektrální odrazivosti studeného zrcadla ve spektru. Zakřivenost odrazné plochy má za následek, že paprsky, vycházející ze zdroje světli, dopadají na zrcadlo pod různým úhlem.

V takovém případě jsou tenké vrstvy studeného zrcadla přizpůsobeny pio dopadový úhel ií, ve kterém mají světelné paprsky největší váhu, což bývá zpravidla pro střední úhel celého svazku. Znamená to, že pro tento dopadový úhel je křivka spektrální odrazivosti optima lni a podobéi se případu, kdy na zrcadlo přizpůsobené pro kc.lmý dopad dopadá svážel p-ipjí.i.ů Kolmo.

Křivky řp. I.ttái ii odrazivosti krajních paprsků svazku pak vykazují nežádoucí zvlnřtií ve střední častí viditelného spektra i v blízké infračervené oblasti, včetně jejich spektrálního posuvu. V závislosti na zakřivení nosiče a indexech lomu napařovaných vrstev postihne toto zvlněni také křivku spektrální odrazivosti středního paprsku. Přes tento efekt se jošte překrývá vil v odchylek tlouštěk jednotlivých napařených vrstev, jímž bývá běžný výrobní proces zatížen.

Uvedený jev může způsobit rozladění dvou bloků studeného zrcadla, což nežádoucí zvlnění křivky spektrální odrazivosti zvýrazní. Jsou-li odchylkami zatíženy také citlivé vrstvy studeného zrcadla, může pokles odrazivosti ve středu viditelné části spektra a zvýšení odrazivosti v blízké infračervené oblasti pro střední paprsek nabývat velikých hodnot.

U krajních paprsků, které se však u optických soustav uplatňují v podstatně menší míře, může být situace ještě nepříznivější.

Vznikl tedy požadavek navrhnout takový typ studeného zrcadla, které by při úměrném počtu napařovaných vrstev umožnilo maximální spektrální odrazivost paprsků ve viditelné části spektra a současně její snížení v blízké infračervené oblasti s ohledem na chromatičnost odraženého“světla. Současně je třeba dosáhnout optimální spektrální odrazivosti pro střední a zároveň i krajní paprsky.

Tento úkol řeší předmět vynálezu, kterým je interferenční studené zrcadlo tvořené dvěma, na pevné podložce upravenými bloky vrstev, z nichž každý obsahuje osm až čtrnáct tenkých napařovaných vrstev střídavě vysokého a nízkého indexu lomu, kdy optická tlouštka prvního, od povrchu podložky vzdálenějšího bloku je určena vztahem = ( 2/4).

.(1 + £ /90°) a optická tlouštka na povrchu podložky vytvořeného bloku je určena vztahem

Δ_β = ( λ/4) (1 - £ /90°), kde veličina f = arcsin yu_H + yu^ a kde lambda je centrální vlnová délka maxima odrazivostí.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že mezi prvním blokem a druhým blokem je vytvořen střední blok, který obsahuje čtyři až osm vrstev s celkovou optickou tlouštkou Δ_ = λ/4.

O

První vrstva u vzduchu celého systému tříblokového zrcadla má nízký index lomu ^u_L) a optickou tlouštkouA^ = Λ/2 a poslední vrstva, vytvořená přímo na povrchu podložky má vysoký index lomu tyu_H) a optickou tlouštku Δ_χ = 0,6 λ/4. Doplňujícím znakem vynálezu je to, že optické tlouštky vakuově napařovaných vrstev krajních bloků jsou uspořádány v závislosti na rozdílu indexů lomu tak, že náběžné hrany křivky spektrální odrazivostí zrcadla na hladině 50 % se nacházejí v krajích viditelné části spektra. Všechny optické tlouštky tenkých napařovaných vrstev mohou být násobeny faktorem 1/cos (f'·

Křivka spektrální odrazivostí takto vytvořeného studeného zrcadla nevykazuje nežádoucí snížení odrazivostí ve středu viditelné části spektra, které vystupuje u dosud vyráběných studených zrcadel. Náběžné hrany spektrální odrazivostí leží na vlnových délkách, ohraničujících viditelnou část spektra. Vhodným výběrem a kombinací jednotlivých bloků, počtu jejich vrstev, a střídání indexů lomu bylo dosaženo snížení odrazivostí v blízké infračervené oblasti Vedle toho bylo dosaženo i zvýšení mechanické odolnosti, přičemž systém vrstev tříblokového studeného zrcadla je méně citlivý na nepřesnosti ve výrobních podmínkách.

Řešit tento problém při technologicky přijatelném počtu vrstev, umožňujícím maximální odrazivost ve viditelné části spektra při jejím snížení v blízké infračervené oblasti a vytvořit tak optimální spektrální odrazivost pro střední, ale i krajní paprsky, je možný pomocí interferenčního studeného zrcadla složeného ze tří bloků vrstev. Toto zrcadlo je tvořeno tenkými vrstvami materiálů střídavě nízkého a vysokého yu^ indexu lomu tak, že ve směru vzduch-sklo má první vrstva celého systému nízký index lomu ^u^ a poslední vrstva u podložky vysoký index lomu yu^.

Z hlediska optických tlouštěk je zrcadlo tvořeno třemi bloky. Optické tlouštky krajních bloků v pořadí u vzduchu a skla jsou stanoveny ze vztahů pro dvoublokové studené zrcadlo, to jest Δ_α = ( λ/4) (1 + £/90°), Δβ = ( Á/ⁱ) (1 -£/90°), kde £ = arcsin ^_H^i_L/«_Hj^i_L) a lambda je centrální vlnová délka maxima odrazivostí. Jsou však upraveny v závislosti na rozdílu indexů lomu tak, že náběžné hrany jejich křivek spektrální odrazivostí na hladině 50 % se nacházejí na vlnových délkách 400 a 700 yum. Vsunutý prostřední blok obsahuje pouze vrstvy s optickou tlouštkou λ/4.

První vrstva u vzduchu, s nízkým indexem lomuyu_L má optickou tlouštku Δ₁ = λ/2, poslední vrstva s vysokým indexem lomu má optickou tlouštkuA^ = 0,6 λ/4. Optické, tlouštky všech vrstev jsou přizpůsobeny pro dopadový úhel fí, který poskytuje paprsky, uplatňující se po odraze s maximální vahou.

Jako příklad dosaženého vyššího účinku je grafické znázornění křivek spektrální odrazivosti ró (lambda) podle přiloženého obrázku. Prostřední, plnou čarou vyznačená křivka představuje případ, kdy na studené zrcadlo, jehož vrstvy jsou přizpůsobeny pro dopadový úhel 45°, dopadá světelný paprsek pod tímtéž úhlem. Levá, čárkovaně vyznačená křivka znázorňuje situaci, kdy na tento systém vrstev dopadá paprsek pod úhlem 60° a pravá, čerchovaně značená křivka, znázorňující situaci, kdy světelný paprsek dopadá pod úhlem 30°.

Z uvedeného příkladu vyplývá, že ve viditelné oblasti dosahuje spektrální odrazivost pro všechny uvažované úhly dopadu hodnot nad 95 %, kdežto v blízké, infračervené oblasti, to je 800 až 1 000 nm, nabývá odrazivost hodnot do 10 i. Přitom optimální případ nastává pro paprsek, uplatňující se v přístroji s maximální vahou, to je v uvedeném případě úhel 45°, kdy odrazivost ve viditelné oblasti dosahuje v průměru 98 i, zatímco v blízké infračervené oblasti se pohybuje do 5 %.

I

Studené zrcadlo popsaného typu, lze s výhodou využít zvláště v těch'případech, kdy se jedná o zakřivený nosič, pracující pod značným rozdílem dopadových úhlů fí a vyžaduje se optimální barevné podání odraženého světla, jako například u filmových promítacích strojů a barevných hlav pro zvětšovací techniky.

Claims

PŘEDMÉT vynálezu

1. Interferenční studené zrcadlo tvořené dvěma, r.a pevné podložce upravenými bloky vrstev, z nichž každý obsahuje osm až čtrnáct tenkých, vakuově napařovaných vrstev střídavě vysokého yu_H a nízkého indexu lomu, kdy optická tloušťka prvního, od· povrchu podložky vzdálenějšího bloku, je určena vztahem = (yl/4) (i +£/90°) a optická tlouštka na podložce vytvořeného bloku je určena vztahem Δ_β = (1— £/90°), kde veličina £ - arcsin l

Qu_H -yn_L/>u_H + a lambda je centrální vlnová délka maxima odrazivosti, vyznačující se tím, že mezi prvním blokem a druhým blokem je vytvořen střední blok, obsahující čtyři až osm vrstev a celkovou optickou tlouštkou Δ = Λ/4, přičemž první vrstva u vzduchu celého o .

systému tříblokového zrcadla má nizký index lomu (yu^) a optickou tlouštku Δ^ = λ/2, zatímco poslední, přímo na podložce vytvořená vrstva má vysoký index lomu (yu_H) a tlouštku Δ_χ = 0,6 λ/4.
2. Interferenční studené zrcadlo podle bodu 1, vyznačující se tím, že optické tlouštky vakuově napařovaných vrstev krajních bloků jsou uspořádány v závislosti na rozdílu indexů lomu tak, že náběžné hrany křivky spektrální odra2ivosti tříblokového studeného zrcadla na hladině 50 % se nacházejí v krajích viditelné části spektra.
3. Interferenční studené zrcadlo podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že všechny optické tlouštky tenkých napařovaných vrstev jsou násobeny faktorem 1/cos kde^je úhel lomu ve vrstvách, příslušející dopadovému úhlu _f který se po odrazu uplatňuje s maximální vahou.