DD153511A3 - INTERFERENCE MIRROR WITH HIGH REFLECTION FOR MULTIPLE SPECTRAL BEFORE - Google Patents

INTERFERENCE MIRROR WITH HIGH REFLECTION FOR MULTIPLE SPECTRAL BEFORE Download PDF

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DD153511A3
DD153511A3 DD21879380A DD21879380A DD153511A3 DD 153511 A3 DD153511 A3 DD 153511A3 DD 21879380 A DD21879380 A DD 21879380A DD 21879380 A DD21879380 A DD 21879380A DD 153511 A3 DD153511 A3 DD 153511A3
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Erich Dummernix
Sigrid Wendler
Rosemarie Trebge
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Erich Dummernix
Sigrid Wendler
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    • G02B5/0825Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers the reflecting layers comprising dielectric materials only

Abstract

Ziel ist es, Interferenzspiegel anzugeben, die gleichzeitig fuer mehrere getrennte Spektralbaender eine hohe Reflexion bei geringsten Absorptions - und Streuverlusten haben. Aufgabe der Erfindung ist es, durch geeignete Schichtanordnungen die Zunahme der Verluste durch Absorption und Streuung in den Spektralbaendern, die von tiefer gelegenen Interferenzschichten reflektiert werden, zu verhindern. Die erfindungsgemaesse Loesung der Aufgabe gelingt, indem jeweils zwischen zwei gleich oder verschiedenen aufgebauten nichtmetallischen Wechselschichtgruppen mit niedrigem Reflexionsgrad und breitem Reflexionsbereich eine oder mehrere nichtmetallis. Kopplungsschichten angeordnet sind, deren optische Dicke ein ungeradzahliges oder geradzahliges Vielfaches der optischen Dicke der Einzelschichten in den Wechselschichtgruppen betraegt. Derartige Interferenzspiegel finden im optischen Geraetebau,insbesondere als Resonatorspiegel, Anwendung.The aim is to specify interference levels which at the same time have a high reflection with the least absorption and scattering losses for several separate spectral bands. The object of the invention is to prevent the increase in losses due to absorption and scattering in the spectral bands, which are reflected by deeper interference layers, by means of suitable layer arrangements. The solution according to the invention achieves one or more nonmetallic compounds in each case between two identically or differently constructed non-metallic alternating layer groups with a low degree of reflection and a broad reflection range. Coupling layers are arranged whose optical thickness is an odd or even multiple of the optical thickness of the individual layers in the alternating layer groups. Such interference levels are used in optical equipment, in particular as a resonator, application.

Description

2 18 7 9 3 - «-2 18 7 9 3 - «-

Titel; Interferenzspiegel mit holier Heflexion für mehrere Spektralbänder Title; Interference level with holier yeast reflection for several spectral bands

Anwendungsgebiet der Erfindung;Field of application of the invention;

Die Erfindung betrifft Interferenzspiegel, die für mehrere getrennte Spektralbänder eine hohe Reflexion haben und Licht in diesen Spektralbändern mit geringsten Absorptions- und Streuverlusten reflektieren. Derartige Spiegel finden im optischen Gerätebau vor allem dann Anwendung, wann es auf geringste Verluste für Licht von mehreren stark getrennten Spektrallinien oder Spektralbändern ankommt. Eine der bedeutendsten Anwendungen ist der Einsatz als Sesonatorspiegel in Gaslasern mit mehreren Laserwellenlängen, wo bereits kleine Verluste durch Absorption und Streuung beträchtlich die Ausgangsleistung der verschiedenen Wellenlängen reduzieren.The invention relates to interference mirrors which have a high reflection for a plurality of separate spectral bands and reflect light in these spectral bands with the lowest absorption and scattering losses. Such mirrors are used in optical instrumentation especially when it comes to least losses for light from several highly separated spectral lines or spectral bands. One of the most important applications is the use as a resonator mirror in gas lasers with several laser wavelengths, where even small losses due to absorption and scattering considerably reduce the output power of the different wavelengths.

Charakteristik der bekannten technischen Losungen: Es ist bekannt, hochreflektierende Spiegel, die nach dem Interferenzprinzip wirken, aus einem Y/echselschichtsystem von vielen abwechselnd hoch- und niedrigbrechenden, verlustarmen, nichtmetallischen Schichten, die auf der Oberfläche von Spiegelkörpern übereinander angeordnet sind, aufzubauen. Die Schichten haben eine optische Dicke von 1/4 der Wellenlänge /Im, die maximal reflektiert werden soll, wobei die Anzahl der Schichten hoch sein muß, um eine hohe Heflexion zu erhalten. Characteristic of the Known Technical Solutions: It is known to construct highly reflecting mirrors which act on the principle of interference, of a Y / echselschichtsystem of many alternately high and low refractive, low-loss, non-metallic layers which are superimposed on the surface of mirror bodies. The layers have an optical thickness of 1/4 of the wavelength / Im which is to be maximally reflected, wherein the number of layers must be high in order to obtain a high Heflexion.

(Z.f. Physik j_42, 21 bis 41, (1955). '(Z.f. Physics j_42, 21 to 41, (1955). '

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- 2- 2 18 793- 2- 2 18 793

Derartige hochreflektierende Interferenzspiegel haben den Mangel, daß - abgesehen von höheren Interferenzordnungen - die angestrebte hohe Reflexion nur in einem engen Spektralbereich in der Umgebung der Wellenlänget m erreichbar ist. Die gleichzeitige Reflexion Von Licht mit Wellenlängen, außerhalb der unmittelbaren Umgebung τοη\ m ist mit diesen Interferenzspiegeln nicht möglichSuch highly reflective interference mirrors have the defect that - apart from higher interference orders - the desired high reflection can only be achieved in a narrow spectral range in the vicinity of the wavelength m. The simultaneous reflection of light with wavelengths, outside the immediate environment τοη \ m is not possible with these interference mirrors

Aus der gleichen Quelle sind auch Interferenzspiegel mit einer geringen Schichtenanzahl bekannt, die zwar einen breiteren Reflexionsbereich haben, deren Nachteil jedoch in einem niedrigen Reflexionsgrad besteht. Um Spiegel hoher Reflexion für erweiterte oder mehrere Spektralbänder gleichzeitig zu erhalten, ist es weiterhin bekannt, daß verschiedene Y/echselschichtgruppen hoher Schichtenzahl und damit von hoher Reflexion entweder auf der Vorder- und Rückseite einer Glasplatte oder auf der Oberfläche einer SchichtunterlagB übereinander angeordnet v/erden. Jede einzelne dieser Wechsel— schichtgruppen ist durch verschiedene Bemessung der optischen Dicken ih-rer~^/4- Teilschicht en an ein anderes Spektralband mit maximal zu reflektierenden WellenlängenX m., "X nu ..."λ-m angepaßt. (Optics of Thin Films, John Wiley + Sons, London 1976, Seite 148 bis 157; SU-Urheberschein 141659; CH-Pat. 417997). Also known from the same source are interference mirrors with a low number of layers which, although having a wider reflection range, have their disadvantage in a low reflectance. In order to simultaneously obtain high reflectance mirrors for extended or multiple spectral bands, it is further known that different high-stratum interleaving layer groups, and hence high reflectivity, are stacked on either the front and back of a glass plate or on the surface of a laminate B. , Each of these alternating layer groups is adapted to a different spectral band with maximum reflectable wavelengths X m., "X nu..." Λ-m by different sizing of the optical thicknesses of their partial sublayers. (Optics of Thin Films, John Wiley + Sons, London 1976, pages 148-157, SU copyrights 141659, CH-Pat 417997).

Von Nachteil ist hierbei jedoch die Tatsache, daß das Licht der Spektralbänder, das von zunehmend tiefer gelegenen V/echselschichtgruppen reflektiert wird, vor und nach der Reflexion erst noch durch die vielen Teilschichten der darüber liegenden Wechselschichtgruppen anderer Spektralbänder gehen muß, und dabei durch Absorption und Lichtstreuung beträchtliche Verluste erleidet im Vergleich zu dem Licht, das - auf die Lichteinfallsrichtung bezogen - bereits von der vordersten bzw. obersten Wechselschichtgruppe reflektiert wird. Dabei sind auf die-However, the disadvantage here is the fact that the light of the spectral bands, which is reflected by increasingly lower interlayer groups, must pass through the many sublayers of the overlying alternating layer groups of other spectral bands before and after the reflection, and thereby by absorption and absorption Light scattering suffers considerable losses in comparison to the light which, in the direction of light incidence, is already reflected by the foremost or topmost alternating layer group. In this context,

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218793218793

se Weise mehrere Reflexionsbänder mit hoher Reflexion und geringen Absorptions- und Streuverlusten gleichzeitig nicht realisierbarse way several reflection bands with high reflection and low absorption and scattering losses simultaneously not feasible

Um eine genügende Breite des reflektierten Bandes und eine steile Kante zwischen Reflexions- und Durchlaßgebiet zu erhalten, sind Interferenzfilter bekannt, in denen zwischen zwei verschiedenen Wechselschichtgrtip— pen hoher Reflexionswirkung sogenannte Übergangsschich^ ten angeordnet sind. (CH-Pat. 458780). Der wesentlichste Mangel besteht, jedoch darin, daß zwar breite Spektralbereiche niedriger Transmission ausgewiesen werden, die jedoch in der Praxis zu einem beträchtlichen Anteil auf Absorptionseffekten und nicht auf einer hohen Reflexion beruhen. In order to obtain a sufficient width of the reflected band and a steep edge between the reflection and transmission regions, interference filters are known in which so-called transitional layers are arranged between two different alternating-layer grids of high reflection effect. (CH Pat. 458780). The main shortcoming, however, is that although broad spectral ranges of low transmission are reported, but in practice to a considerable extent based on absorption effects and not on a high reflection.

Weiterhin, sind einfache und gekoppelte Bandpaßfilter bekannt, die aus rein dielektrischen Schichten oder aus einer Kombination von Metallschichten mit dielektrischen Schichten bestehen. (Optics of Thin Films; John V/iley + Sons, London 1976, Seite 162 bis 177). Diese Bandpaßfilter haben die Aufgabe, einen Bandpaßbereich hoher Transmission zu erzeugen, der zu beiden Seiten durch Sperrbereiche geringer Transmission begrenzt wird. Auch hierbei ist es besonders nachteilig, daß die Sperrwirkung in den Sperrbereichen neben der Reflexion ebenfalls auf der Absorptionswirkung der Schichten beruht. Im Zusammenhang mit der Herstellung und der Funktion von Bandpaßfiltern ergibt sich darüberhinaus keine Lehre, daß derartige Schichtsysteme im Vergleich zu den bekannten Interferenzspiegeln vorteilhaft als Spiegel für zwei Spektralbänder eingesetzt werden können.Furthermore, simple and coupled bandpass filters are known, which consist of purely dielectric layers or a combination of metal layers with dielectric layers. (Optics of Thin Films, John V / iley + Sons, London 1976, pages 162-177). These bandpass filters have the task of producing a bandpass range of high transmission, which is bounded on both sides by blocking regions of low transmission. Again, it is particularly disadvantageous that the blocking effect in the blocking areas in addition to the reflection also based on the absorption effect of the layers. In connection with the production and the function of band-pass filters, there is also no teaching that such layer systems can advantageously be used as a mirror for two spectral bands in comparison to the known interference mirrors.

Zum Stand der Technik gehört es auch, Wechselschichtanordnungen, in höheren Interferenzordnungen zu nutzen, um mehrere Bereiche hoher Reflexion zu erhalten (Glas— techn. Ber. 24, 147 bis 148, (1951); SU-Urheberschθin 381 055). Dabei besteht der wesentliche Mangel darin, daß die Teilschichten entsprechend der Interferenzord-It also belongs to the state of the art to use alternating layer arrangements in higher interference orders in order to obtain a plurality of regions of high reflection (Glastechn. Ber 24, 147 to 148, (1951), SU-Urheberschθin 381 055). The essential defect is that the partial layers correspond to the Interferenzord-

- A - 2 18 7 9 3- A - 2 18 7 9 3

nung von großer optischer Dicke sein müssen. Das führt zu einer für das Gesamtschichtsystem für die praktische Herstellung unvertretbar hohen Gesamtdicke, wobei die dicken Teilschichten erhöhte Verluste durch Absorption und Lichtstreuung bewirken. Außerdem ist die mechanische Haltbarkeit derartiger Schichtsysteme gering.must be of great optical thickness. This leads to an unacceptably high total thickness for the overall layer system for practical production, the thick partial layers causing increased losses due to absorption and light scattering. In addition, the mechanical durability of such layer systems is low.

Ziel der Erfindung:Object of the invention:

Die Erfindung hat zum Ziel, die Mängel der bekannten technischen Lösungen zu beseitigen. Es sollen Interferenzspiegel angegeben werden, die gleichzeitig für mehrere getrennte Spektralbänder eine hohe Reflexion bei geringsten Verlusten durch Absorption und Lichtstreuung haben,The invention aims to eliminate the shortcomings of the known technical solutions. Interference levels are to be specified which at the same time have a high reflection with the least losses due to absorption and light scattering for several separate spectral bands,

Darlegung des Wesens der Erfindung;Explanation of the essence of the invention;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Interferenzspiegel mit Schichtanordnungen zu schaffen, bei denen die Zunahme der Verluste durch Absorption und Lichtstreuung für die Spektralbänder, die von tiefer gelegenen Interferenzschichten reflektiert werden, verhindert werden, und bei denen die Gesamtdicke der Schichtanordnung möglichst gering ist«The invention has for its object to provide interference mirrors with layer arrangements in which the increase in losses due to absorption and light scattering for the spectral bands, which are reflected by deeper interference layers, are prevented, and in which the total thickness of the layer arrangement is minimized.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe gelingt durch Interferenzspiegel mit hoher Reflexion für mehrere Spektralbänder, bestehend aus einer Unterlage, auf der Wechselschichtgruppen aus 2 bis 9 nichtmetallischen optisch verlustarmen Einzelschichten übereinander so angeordnet sind, daß sich die Einzelschichten mit hohem und niedrigem Brechungsindex abwechseln, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten gleich oder verschieden aufgebauten Wechselschichtgruppen eine oder mehrere nichtmetallische Kopplungsschichten angeordnet sind. Alle Wechselschichtgruppen sind auf eine gleiche Maßwellenlänge X0 abgestimmt, indem die Einzelschichten aller Wechselschichtgruppen eine optische Dicke von 74 dieser Maßwellen-The object of the invention is achieved by interference mirrors with high reflection for a plurality of spectral bands consisting of a base on which alternating layer groups of 2 to 9 non-metallic optically low-loss individual layers are arranged one above the other so that the individual layers alternate with high and low refractive index, characterized in that one or more non-metallic coupling layers are arranged between adjacent identically or differently constructed alternating layer groups. All alternating layer groups are tuned to the same wavelength X 0 by the individual layers of all alternating layer groups having an optical thickness of 74 of these wavelengths.

- 5 τ 2 18 7 9 3- 5 τ 2 18 7 9 3

länge"/}. haben. Die optische Dicke der nichtmetallischen Kopplungsschichten "beträgt ein ganzzahliges Vielfaches von \/4The optical thickness of the non-metallic coupling layers "is an integer multiple of \ / 4

Die Maßwellenlänge "λ ist dabei eine mittlere Wellenlänge des spektralen Anwendungsbereiches, in dem die Reflexionsbänder liegen sollen. The Maßwellenlänge "λ is an average wavelength of the spectral application range in which the reflection bands are to lie.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß zwischen benachbarten V/echselsciiichtgruppen eine Kopplungsschicht angeordnet ist, deren optische Dicke ein . ungeradzahliges Vielfaches von *0/4 beträgt, oder daß zwischen benachbarten Y/echselschichtgruppen zwei Kopplungsschichten angeordnet sind, deren optische Dicke ein geradzahliges Vielfaches von "-o/4 beträgt. Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist es auch möglich, daß zwischen benachbarten WechseIschichtgruppen eine Kopplungsschicht angeordnet ist, deren optische Dicke ein geradzahliges Vielfaches von \,/4 "beträgtA further feature of the invention is that a coupling layer is arranged between adjacent elements whose optical thickness is one. odd multiple of * 0/4, or that are located between adjacent Y / echselschichtgruppen two coupling layers whose optical thickness is an even multiple of. "- is o / 4 In order to realize the object of the present invention, it is also possible that between adjacent WechseIschichtgruppen Coupling layer is arranged, whose optical thickness is an even multiple of \, / 4 "

Bei den gemäß der Erfindung eingesetzten Y/echselschichtgruppen handelt es sich hierbei ausdrücklich um solche mit einer geringen Anzahl von Sinzelschichten, so daß die einzelne V/echseIschichtgruppβ für die Maßwellenlänge Λ keine hohe Reflexion, sondern nur eine Teilreflexion ermöglicht, die jedoch wegen der geringen An— zahl der Einzelschichten über einen breiten Spektralbereich wirksam ist, im Unterschied zu Wechselschicht— systemen nach dem Stand der Technik mit hoher Anzahl von Einzelschichten für hohe Reflexion, die nur in einem relativ engen Spektralbereich wirken. The Y / Echselschichtgruppen used according to the invention are expressly those with a small number of Sinzelschichten, so that the individual V / echseIschichtgruppβ for the Maßwellenlänge Λ no high reflection, but only a partial reflection allows, but because of the low An - Number of single layers over a broad spectral range is effective, in contrast to the prior art exchange layer systems with a high number of single layers for high reflection, which act only in a relatively narrow spectral range.

In den erfindungsgemäß eingesetzten Y/echselschichtgruppen mit niedriger, aber über einen relativ breiten • Spektralbereich v/irkenden Reflexion kann die geringe Anzahl der Sinzelschichten in Abhängigkeit der jeweils v/irkenden Brechungsindizes 2 bis 9 Einzelschichten be— tragen.In the interleave layer groups used according to the invention with low reflection but over a relatively broad spectral range, the small number of the single layer can, depending on the particular indices of refraction, comprise 2 to 9 individual layers.

218793218793

Die trotz der Verwendung von Wechselschichtgruppen der beschriebenen Art erzielbare hohe Heflexion mit sehr geringen Absorptions- und Streuverlusten wird damit erklärt, daß durch die erfindungsgemäße Kopplung mehrerer solcher Wechselschichtgruppen durch eine oder mehrere Kopplungsschichten die nicht hoch reflektierende Wirkung der einzelnen Viechselschichtgruppen innerhalb ihres breiten Reflexionsbereichs in mehreren Spektralbändern zu einer hohen Heflexion verstärkt wird und im selben Maße die ohnehin geringen Absorptions- und Streuverluste solcher Y/ech se !schicht gruppe η weiter minimiert werden. Diese Effekte dürften darauf beruhen, daß das Licht in allen vorhandenen Spektralbändern bereits teilweise von der — auf die Lichteinfallsrichtung bezogen — vorderen Wechselschichtgruppe bzw. den vorderen Wechselschichtgruppen v/eitgehend reflektiert wird. Zu den tiefer gelegenen Wechselschichtgruppen, die zur Erzielung einer hohen Heflexion jedoch offensichtlich unerläßlich sind, gelangt nur noch wenig Licht, so daß diese nicht maßgeblich zu weiteren Verlusten beitragen können.The achievable despite the use of alternating layer groups of the type described high Heflexion with very low absorption and scattering losses is explained by the fact that the coupling of several such alternating layer groups by one or more coupling layers not highly reflective effect of the individual Viechselschichtgruppen within its wide reflection range in several Spectral bands is amplified to a high Heflexion and to the same extent the already low absorption and scattering losses of such Y / ech se layer group η be further minimized. These effects are probably due to the fact that the light in all existing spectral bands is already partially reflected by the front alternating layer group or the front alternating layer groups with respect to the light incident direction. However, only a few light passes to the lower-lying alternating layer groups, which are obviously indispensable for achieving a high Heflexion, so that they can not contribute significantly to further losses.

Die erfindungsgemäßen Schichtanordnungen können beispielsweise zweckmäßig nach dem Hochvakuumverfahren hergestellt werden, bei dem bekanntlich geeignete Schichtsubstanzen verdampft v/erden, damit sie sich auf Oberflächen üblicher Unterlagen als Schichten niederschlagen können. Im nahen UV-, VIS- und nahen IH-Bereich können die bekannten Schichtsubstanzen hoher Brechzahl, wie z.B. Zinksulfid (ZnS), Titandioxid (TiO2), Tantalpentoxid (Ta2O5) und die bekannten Schichtsubstanzen niedriger Brechzahl, wie Kryolith CNsuAlFg), Magnesiumfluor.id (MgF2) oder Siliziumdioxid (SiOp) u.a.m. verwendet werden.The layer arrangements according to the invention can be prepared, for example, expediently by the high-vacuum method, in which, as is known, suitable layer substances are vaporized, so that they can precipitate on surfaces of conventional substrates as layers. In the near UV, VIS and near-IH range, the known layer substances of high refractive index, such as zinc sulfide (ZnS), titanium dioxide (TiO 2 ), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) and the known layer substances of low refractive index, such as cryolite CNsuAlFg) , Magnesium fluoride (MgF 2 ) or silica (SiO 2), etc. may be used.

- T- - T-

2 18 7 9 32 18 7 9 3

Ausführungsbeispiele:EXAMPLES

Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung veranschaulicht:The invention will be explained in more detail with reference to the following embodiments. The accompanying drawing illustrates:

Fig. 1, 2 und 3 die spektralen Reflexionskurven R (ausgezogene Kurven) und die spektralen Transmissionskurven T (gestrichelte Kurven) der in den Ausführungsbeispielen 1,2 und 3 beschriebenen erfindungsgemäßen Interferenzspiegel.Fig. 1, 2 and 3, the spectral reflection curves R (solid curves) and the spectral transmission curves T (dashed curves) of the invention described in the embodiments 1,2 and 3, the interference mirror.

Fig. 4 zum Vergleich die spektrale;*'Reflexionskurve R (ausgezogene Kurve) und Transmiscionslcurve T (gestrichelte Kurve) eines Intsrferenzspiegels nach dem Stand der Technik.FIG. 4 shows for comparison the spectral reflection curve R (solid curve) and transmittance curve T (dashed curve) of a prior-art integer reflection mirror.

In allen Ausführungsbeispielen gemäß der Brfidnung ist die spektrale Lage der Reflexionsbänder und ihre Anzahl durch die Maßwellenlänge \ und durch die Summe D der optischen Dicke einer Y/echselschichtgruppe D und der einer Kopplungs schicht Dp- (D = D^ + D£) festgelegt. Es gibt z.B. drei Reflexionsbänder mit hoher Reflexion und sehr geringen Absorptions- und Lichtstreuverlusten bei den WellenlängenIn all embodiments according to the invention, the spectral position of the reflection bands and their number by the Maßwellenlänge \ and the sum D of the optical thickness of a Y / Echselschichtgruppe D and a coupling layer Dp- (D = D ^ + D £ ) is set. For example, there are three reflective bands with high reflectivity and very low absorption and light scattering losses at the wavelengths

1, -1, -

D - hJZ D - hJZ

λ 3 =7Loλ 3 = 7L o

wenn die Eopplungsschicht en eine optische Dicke von einem ungeradzahligen Vielfachen von ^0/4·.- haben und zwischen benachbarten V/echselschichtgruppen eine unge— radzahlige Anzahl von Kopplungsschichten angeordnet ist oder wenn die Kopplungsschichten eine optische Dicke von einem geradzahligen Vielfachen von ^0A haben und die Anzahl der Kopplungsschichten zwischen benachbarten V/echselschichtgruppen geradzahlig ist.if the Eopplungsschicht s have an optical thickness of an odd multiple of ^ 0 / 4 .-- and between adjacent VÄ igschichtschichtgruppen an odd number of coupling layers is arranged or if the coupling layers an optical thickness of an even multiple of ^ 0 A and the number of coupling layers between adjacent interface groups is even.

Ss gibt z.B. zwei Reflexionsbänder mit hoher Reflexion und geringen Absorptions- und Lichtstreuverlusten beiSs gives e.g. two reflection bands with high reflection and low absorption and light scattering losses

- β - 2 18 7 9 3- β - 2 18 7 9 3

undand

o*Do * D

renn die Eopplungsschichten eine optische Dicke von einem geradzahligen Vielfachen von ^ /4 haben und zwischen "benachbarten Wechselschichtgruppen eine unge— radzahlige Anzahl von Kopplungsschi eh. ten angeordnet ist. Die spektralen optischen Einzelheiten eines gegebenen Schichtsysteins können durch Messung an den hergestellten Interferenzspiegeln ermittelt v/erden.For example, if the Eopplungsschichten have an optical thickness of an even multiple of ^ / 4 and is arranged between "adjacent groups of alternating layers an odd number of coupling layers." The spectral optical details of a given layer system can be determined by measuring at the produced interference mirrors. earth.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

Mit Hilfe der Hochvakuumbedämpfung wird ein Interferenzspiegel hergestellt, indem auf einem Grundkörper G (z.B. Glas) eine Anordnung aus Wechselschichtgruppen' W und Kopplungsschichten K~ und Kg aufgedampft wird, die sich durch die FormelBy means of the high vacuum attenuation, an interference mirror is formed by evaporating on a base G (e.g., glass) an array of alternating layer groups W and coupling layers K ~ and Kg, which are represented by the formula

veranschaulichen läßt. Bei W_ handelt es sich um Wechselschichtgruppen mit geringer Anzahl von Einzelschichten, die auf die Maßwellenlänge \ abgestimmt sind und die aus einer Wechselfolge von niedrigbrechenden (N0) und hochbrechenden (HQ) Einzelschichten der optischen Dicke von \>/4 bestehen, wobei innerhalb von WQ jeweils die Anordnung ^0 H 0N0 H 0 vorliegt.can illustrate. In W_ is alternating layer groups with a small number of individual layers which are tuned to the Maßwellenlänge \ and consisting of an alternation of low refractive index (N 0) and high refractive index (H Q) Individual layers of the optical thickness of \> / 4 consist, wherein within of W Q is in each case the arrangement ^ 0 H 0 N 0 H 0 is present.

Zwischen den Wechselschichtgruppen W sind jeweils Kopplungsschichten angeordnet, wobei K^ = 21TQ und Krr = 2ΗΛ ist. d.h. in diesem Falle haben die Kopplungs-Coupling layers are arranged between each of the alternating layer groups W, where K ^ = 21T Q and Krr = 2Η Λ . ie in this case the coupling

ii O *ii O *

schichten Κ~ und Kg eine optische Dicke von je \ Z2, Als Brechzahlen Wurden berücksichtigt für die Glasunterlage nn = 1,52, für die niedrigbrechenden SiO2-Schichten (N0) tW = 1,455 und für die hochbrechenden TiOp-Schichten (H ) die komplexe Brechzahl - ikH = 2,315 - i·0,005 (i ^=T-"!") mit dem für die Κ layers ~ and Kg an optical thickness of each \ Z2, When refractive indices were taken into account for the glass base n n = 1.52, 2 layers for the low refractive index SiO (N 0) tW = 1.455, and (for the high refractive index TIOP layers H ) the complex refractive index - ik H = 2.315 - i · 0.005 (i ^ = T- "!") with that for the

ζ. ι ο / ζ. ι ο /

Absorption verantwortlichen Absorptionsindex kg = 0,005. Der Absorptionsindex k», der niedrigbrechenden SiOp — Schichten wurde entsprechend der. praktischen Gegebenheiten vernachlässigt. Die Maßwellenlänge für die X /^-Schichten beträgt ^0= 520 nm, so daß entsprechend dem Aufbau der Wechselschichtgruppen Y/ und der dazwischen angeordneten Kopplungsschichten K, und IC, sich 3 Reflexionsbänder ergeben, die nach den angegebenen Beziehungen für λ , Λ. und^-j bei den Wellenlängen X1= 693 nm, I2 = 416 nm und T^ = A0 = 520 nm liegen. In Fig. 1 ist. die spektrale Reflexion S (ausgezogene obere Kurve) gegenläufig zur Transmission T (gestrichelte untere Kurve) dargestellt, so daß der schraffierte Bereich zwischen den Kurven ein Maß für die Absorptionsverluste ist. In den Reflexionsbändern betragen die Reflexionsverluste im Arbeitsbereich der Minima nur etwa 1 bis 3& und sind damit nur etwa 2 bis 5 mal so groß wie für eine einzige A- /4—TiOp-Schicht.Absorption responsible absorption index kg = 0.005. The absorption index k »of the low - refraction SiOp layers was determined according to the. neglected practical conditions. The measure wavelength for the X / ^ layers is ^ 0 = 520 nm, so that according to the structure of the alternating layer groups Y / and the coupling layers K, and IC therebetween, there result 3 reflection bands, which according to the given relationships for λ, Λ. and λ -j at the wavelengths X 1 = 693 nm, I 2 = 416 nm and T ^ = A 0 = 520 nm. In Fig. 1 is. the spectral reflection S (solid top curve) is shown opposite to the transmission T (dashed bottom curve), so that the hatched area between the curves is a measure of the absorption losses. In the reflection bands, the reflection losses in the working range of the minima are only about 1 to 3, and are therefore only about 2 to 5 times greater than for a single A / 4 TiO.sub.p layer.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Unter Zugrundelegung der im Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Bedingungen und Definitionen wird ein Interferenzspiegel mit der SchichtanordnungOn the basis of the conditions and definitions described in Embodiment 1, an interference mirror with the layer arrangement becomes

hergestellt, wobei die Wechselschichtgruppe wQ die Einzelschichtanordnung .HUH aufweist, und die Wechselschichtgruppen Vf aus der Schichtfolge HNHNH bestehen. Die Kopplungsschichten TL· bestehen in diesem Falle aus 5 N -Schichten, d.h. die Kopplungsschichten haben eine optische Dicke von 5 λ /4. Ss kamen für den Grundkörper G und für die Schichten die gleichen Stoffe zur Anwendung wie im Beispiel 1.wherein the alternating layer group w Q has the single layer arrangement .HUH, and the alternating layer groups Vf consist of the layer sequence HNHNH. The coupling layers TL * in this case consist of 5N layers, ie the coupling layers have an optical thickness of 5 λ / 4. The same materials were used for the main body G and for the layers as in Example 1.

Die Mäßwellenlänge für die λ /4-Schichten beträgt \ = 520 nm, so daß entsprechend dem Aufbau der V/echselschichtgruppen w und. Y/Q und der dazwischen ange-The modest wavelength for the λ / 4 layers is λ = 520 nm, so that according to the structure of the interlayer groups w and. Y / Q and the intervening

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ordneten Kopplungsschichten K^ sich. 3 Reflexionsbänder ergeben, die nach den oben angegebenen Beziehungen für λ ,} ^2 und λ ^ bei den Wellenlängen Ii ^ - 434 nm; A2 = 650 nm und A3 = XQ = 520 nm lie- · gen.ordered coupling layers K ^ itself. Yield 3 reflection bands which, according to the relationships given above, for λ, } ^ 2 and λ ^ at the wavelengths Ii ^ - 434 nm; A 2 = 650 nm and A 3 = X Q = 520 nm lie.

Die spektralen Reflexions- und Transmissionseigenschaf ten sind in Fig, 2 in derselben Weise wie bei Beispiel 1 (Fig. 1) graphisch dargestellt. Die durch den schraf fierten Differenzbereich zwischen der R- und T-Kurve veranschaulichten Reflexionsverluste betragen im Arbeitsbereich d'er Minima der Reflexionsbänder 1 bis 3$.The spectral reflectance and transmission properties are plotted in Figure 2 in the same manner as in Example 1 (Figure 1). The reflection losses illustrated by the hatched difference range between the R and T curves amount to 1 to 3 $ in the working range d 'he minima of the reflection bands.

Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3

In Analogie zum Beispiel 1 wird ein Interferenzspiegel mit der SchichtanordnungIn analogy to Example 1, an interference mirror with the layer arrangement

hergestellt, wobei WQ = H0N0H0 und E^ = 2NQ ist. Auch hier gelten die gleichen Stoffparameter für G, U0 und H0, wie im Beispiel 1where W Q = H 0 N 0 H 0 and E ^ = 2N Q. Again, the same material parameters apply to G, U 0 and H 0 , as in Example 1

Die Maßwellenlänge für die λ /4-Schichten beträgt \ = 520 nm, so daß sich entsprechend dem hier vorliegenden Aufbau der Schichtanordnung 2 Reflexionsbänder ergeben, die nach den oben angegebenen Beziehungen für die Hauptwellenlängen der Reflexionsbänder bei ^1= 433nm undÄp = 650 nm liegen.The Maßwellenlänge for the λ / 4 layers is \ = 520 nm, so that there are two reflection bands in accordance with the present here structure of the layer arrangement according to the above relations for the main wavelengths of the reflection bands at ^ 1 = 433nm undÄp = are 650 nm ,

In Fig. 3 sind die resultierenden spektralen Reflexions- und Transmissionseigenschüften in derselben Weise wie in den vorangegangenen Beispielen graphisch dargestellt. Die durch den schraffierten Differenzbereich zwischen der R- und T-Kurve veranschaulichten Reflexionsverluste betragen im Arbeitsbereich der Minima der Reflexionsbänder 1 bis 2%.In Fig. 3, the resulting spectral reflectance and transmission properties are plotted in the same manner as in the previous examples. The reflection losses illustrated by the hatched difference range between the R and T curves amount to 1 to 2% in the working range of the minima of the reflection bands.

Um den mit der erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabenstellung erreichten Fortschritt zu verdeutlichon, v/erden sum Vergleich mit den Interferenzspiogeln gemäß der Erfindung in der Fig. 4 die spektralen Reflexions-In order to clarify the progress achieved with the solution to the problem of the invention, the spectral reflectance of the interference gliders according to the invention is shown in FIG.

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und Transmissionskurven eines Interferenzspiegels dargestellt, wie er nach dem Stand der Technik bekannt ist, Es handelt sich dabei um die Anordnung von zwei verschiedenen Wechselschichtsystemen W., und W2 hoher Schichtenzahl auf einem Glas-Grundkörper G, so daß die Gesamtstruktur ' 'and transmission curves of an interference mirror, as known from the prior art. It involves the arrangement of two different alternating layer systems W., and W 2 of high number of layers on a glass base G, so that the overall structure ''

GZW2W1 GZW 2 W 1

ergibt, wobei W. β H.IT. H^ H^ = 17 ^1A Sinzelschichten undwhere W.β.H.IT. H ^ H ^ = 17 ^ 1 A Sinzelschichten and

W2 = H2IT2... ..H2N2 = 16 l2/2 Einzelschichten bedeuten. Das innere direkt auf der Glasoberfläche angeordnete V/echselschichtsystem Vi2 ist an die WellenlängeW 2 = H 2 IT 2 ... ..H 2 N 2 = 16 L 2/2 mean individual layers. The inner exchange layer system Vi 2 arranged directly on the glass surface is at the wavelength

) TL2 = 433 nm angepaßt und das äußere Wechselschichtsystem W. ist an die Wellenlänge ^ = 650 nm angepaßt.) TL 2 = 433 nm and the outer alternating layer system W. is adapted to the wavelength λ = 650 nm.

Zu seiner Herstellung wurden die gleichen Substanzen verwendet, und dieselben Brechzahlen, wie in den Beispielen der Erfindung,bei der Berechnung zugrunde gelegt. Wie aus den schraffierten Bereichen der Fig. 5 ersichtlich, ist, sind geringe Absorptionsverluste von etwa 1 bis 23> und damit hohe Reflexionswerte nur in einem Spektralband, und zwar in der Umgebung der Anpaßwellenlänge ^--I= 650 nm möglich, weil nur dieses Spektralband von dem - auf die Lichteinfallsrichtung bezogen — vorderen Wechselschichtsystem W. reflektiert wird. In dem zweiten Spektralband in der Umgebung der Wellenlänge X 2 = 433 nm ist die Reflexion stark vermindert, da das Licht aus diesem Spektralband vor und nach der Reflexion vom Wechselschichtsystem W2 erst durch viele Schichten des darüber angeordneten WechselsciTichtsystems W^ gehen muß und dabei beträchtliche Absorptionsverluste von 10 bis 30# erleidet, die damit etwa 10 mal höher liegen als bei den Interferenzspiegeln gemäß der Erfindung·For its preparation, the same substances were used, and the same refractive indices, as in the examples of the invention, used in the calculation. As can be seen from the hatched areas of FIG. 5, low absorption losses of about 1 to 23> and thus high reflection values are possible only in one spectral band, namely in the vicinity of the matching wavelength λ-1 = 650 nm, because only this Spectral band of the - referred to the light incident direction - front alternating layer system W is reflected. In the second spectral band in the vicinity of the wavelength X 2 = 433 nm, the reflection is greatly reduced, since the light from this spectral band before and after reflection from the alternating-layer system W 2 must first pass through many layers of the alternating light system W arranged above it, and considerable Absorbs absorption losses of 10 to 30 #, which is about 10 times higher than in the case of the interference mirrors according to the invention

WZ2/US/W1WZ 2 / US / W1

Claims (3)

1. Interferenzspiegel mit hoher Reflexion für mehrere Spektralbänder, bestehend aus einer Unterlage, auf der Wechselschichtgruppen aus 2 bis 9 nichtmetallischen, optisch verlustarmen Einzelschichten übereinander so angeordnet sind, daß sich die Einzelschichten mit hohem und niedrigem Brechungsindex abwechseln, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen benachbarten gleich oder verschieden aufgebauten Wechselschichtgruppen eine oder mehrere nichtmetallische Kopplungsschichten angeordnet sind, wobei die Einzelschichten aller Wechselschichtgruppen eine optische Dicke von 1/4 einer Maßwellenlänge^q haben und die optische Dicke der nichtmetallischen Kopplungsschichten ein ganzzahliges Vielfaches νοηλ0/4 beträgt.1. Interference mirror with high reflection for several spectral bands, consisting of a base on the alternating layer groups of 2 to 9 non-metallic, optically low-loss single layers are arranged one above the other so that the individual layers alternate with high and low refractive index, characterized in that between adjacent same or differently constructed alternating layer groups, one or more nonmetallic coupling layers are arranged, the individual layers of all alternating layer groups have q has an optical thickness of 1/4 of a Maßwellenlänge ^ and the optical thickness of the nonmetallic coupling layers is an integer multiple νοηλ 0/4. ?. Interferenzspiegel nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen benachbarten Wechselschichtgruppen eine Kopplungsschicht angeordnet ist, deren optische Dicke ein ungeradzahliges Vielfaches νοηλ0/4 beträgt.?. Interference mirror according to item 1, characterized in that a coupling layer is located between adjacent groups of alternating layer whose optical thickness is an odd multiple νοηλ 0/4. 2 18793 -2 18793 - Erfindungsanspruch:Invention claim: 3, Interferenzspiegel nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen benachbarten Wechselschichtgruppen zwei Kopplungsschichten angeordnet sind, deren optische Dicke ein geradzahliges Vielfaches von λ Q/4 beträgt.3, interference mirror according to item 1, characterized in that between adjacent alternating layer groups two coupling layers are arranged whose optical thickness is an even multiple of λ Q / 4. Hierzu ί Seiten ZeichnungenFor this ί pages drawings 35613561
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