DE102013222965B4

DE102013222965B4 - Optische Komponente

Info

Publication number: DE102013222965B4
Application number: DE102013222965.8A
Authority: DE
Inventors: Hiromi Iwamoto; Kunimitsu YAJIMA
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2023-12-14
Anticipated expiration: 2033-11-13
Also published as: DE102013222965A1; US20140133013A1; US9151961B2; JP5945214B2; JP2014098756A

Abstract

Optische Komponente, die einen Infrarotlaserstrahl hindurch transmittieren lässt, um eine Polarisation des Infrarotlaserstrahls zu konvertieren, wobei die Komponente umfasst:einen ersten Substratkörper, der aus einem flachen Bauteil gefertigt ist, das den Infrarotlaserstrahl hindurch transmittieren lässt und einen Brechungsindex von 2 bis 4 bezüglich des Infrarotlaserstrahls aufweist, und der eine Eingabefläche aufweist, wo der Infrarotlaserstrahl einfällt, und eine geneigte Fläche, die in einem bestimmten Neigungswinkel zur Eingabefläche geneigt ist,einen zweiten Substratkörper, der aus einem flachen Bauteil gefertigt ist, und der eine Ausgabefläche, von der der Infrarotlaserstrahl austritt, und eine geneigte Fläche aufweist, die in einem bestimmten Neigungswinkel zur Ausgabefläche geneigt ist,einen Transmissionsphasenverzögerungsfilm, der an jedem des ersten und zweiten Substratkörpers ausgebildet ist, und eine Phase des Infrarotlaserstrahls verschiebt, undeinen Antireflexionsfilm, der an jeder der Eingabefläche und der Ausgabefläche ausgebildet ist, und eine Reflexion des orthogonal einfallenden Infrarotlaserstrahls verhindert,wobei der Neigungswinkel der gleiche Winkel ist wie ein Brechungswinkel θ(λ) des Infrarotlaserstrahls im Substratkörper, der gemäß Formel (I) berechnet wird:n(λ)×sinθ(λ)=1×sin(x)wobei λ eine Wellenlänge des Infrarotlaserstrahls kennzeichnet, n(λ) einen Brechungsindex des flachen Bauteils bezüglich des Infrarotlaserstrahls kennzeichnet, und x einen Einfallswinkel des Infrarotlaserstrahls kennzeichnet, undwobei eine Anordnung derart hergestellt ist, dass die Transmissionsphasenverzögerungsfilme, die an den geneigten Flächen vom entsprechenden ersten und zweiten Substratkörper ausgebildet sind, einander durch einen Raum gegenüberliegen, und die Eingabefläche und die Ausgabefläche parallel zueinander sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Komponente, und insbesondere eine optische Komponente für einen Infrarotlaserstrahl, die zum Konvertieren einer Polarisation des Infrarotlaserstrahls auf einen geeigneten Zustand zum Verarbeiten eines Objekts geeignet ist.
STAND DER TECHNIK
Laserverarbeitung, die einen Infrarotlaserstrahl verwendet, wie einen Kohlendioxid-Laserstrahl (hiernach als „Infrarotlaserverarbeitung“ bezeichnet), wurde zum Verarbeiten eines Objekts, wie eines Metallmaterials, eingesetzt, zum Beispiel Feinbohren, Schneiden und Schweißen. Im Falle des Schneidens des Objekts durch eine solche Infrarotlaserverarbeitung kann ein Problem bzgl. der Verarbeitungsqualität aufgrund von zum Beispiel einer Differenz in einer Schneidbreite oder einer Schneidebenenqualität in Abhängigkeit von der Polarisationsrichtung des Laserstrahls auftreten. Aus diesem Grund wird in einer Laserverarbeitungsmaschine zur Verwendung bei der Infrarotlaserverarbeitung ein Zirkularpolarisationsspiegel als eine reflektierende optische Komponente verwendet, um einen Einfluss auf die Verarbeitungsqualität zu eliminieren, die durch die Polarisationsrichtung ausgeübt wird, um dadurch eine Polarisation des Infrarotlaserstrahls von einer linearen Polarisation in eine Zirkularpolarisation zu konvertieren, die keine Abhängigkeit von der Verarbeitungsrichtung hat.
Allerdings muss die Laserverarbeitungsmaschine, die mit der reflektierenden optischen Komponente versehen ist, einen großen Raum zum Rückführen eines Laserstrahls ebenso wie ein kompliziertes, gefaltetes, optisches System haben, um einen Laserstrahl in eine gewünschte Polarisation zu konvertieren, was zu einer erhöhten Größe der Maschine und einer erhöhten Anzahl an Komponenten führt, und somit hat die Maschine Nachteile bei einer geringen Massenproduktion, hohen Kosten und einer geringen industriellen Produktivität.
Aus dem Blickwinkel, die Maschine kompakt zu machen und die Anzahl der Komponenten zu reduzieren, wurden somit zum Beispiel Transmissionsoptikkomponenten vorgeschlagen, die eine Infratrotwellenplatte sind, welche ein Licht im sichtbaren Bereich zum fern infraroten Bereich hier hindurch transmittieren lässt und einen Kristall, wie Kadmiumsulfid verwendet, der gering absorbierend, uniaxial kristallin ist, und ein Transmissionsphasenverzögerungssubstrat, das aus einem transparenten Substrat hergestellt ist, das aus transparenten Mehrlagen ausgebildet ist (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1) .
Allerdings hat die obige Infrarotwellenplatte ihre Grenze an einer Elementöffnung, die für das uniaxiale Kristall gestattet ist, und einer geringen gestatteten Intensität des Laserstrahls, und somit hat die Infrarotwellenplatte einen Nachteil, dass sie eine begrenzte Anwendbarkeit aufweist.
Ferner wird beim Phasenrückhaltesubstrat, das in Patentliteratur 1 beschrieben ist, nachdem eine Optikachsenverschiebung des Transmissionsstrahls in Übereinstimmung mit der Dicke des transparenten Substrats auftritt, eine Komponente zum Korrigieren der Optikachsenverschiebung oder ähnliches, ferner zusätzlich zum Phasenverzögerungssubstrat benötigt, und darüber hinaus ist eine Einstellung der Optikachse schwierig.
Es wurde ein Transmissionsphasenverzögerungssubstrat vorgeschlagen (siehe zum Beispiel Patentliteratur 2) oder ähnliches, das aus einem Substratkörper-Paar hergestellt ist. Der Substratkörper ist aus einem flachen Bauteil, das Infrarotlicht hier hindurch transmittieren lässt, wobei eine Fläche hiervon mit einer feinen Struktur einer sich periodisch wiederholenden dachähnlichen Struktur in einer querschnittförmig dreieckigen Gestalt oder einer dachähnlichen Struktur einer querschnittförmig trapezförmigen Gestalt ausgebildet ist und mit einem Phasenverzögerungssubstrat versehen ist, und die andere Seite hiervon aus einer weichen Fläche hergestellt ist. Die Flächen der Substratkörper, die aus feinen Strukturen ausgebildet sind, werden zur Integration verbunden.
REFERENZLISTE
[PATENTLITERATUR]

Patentliteratur 1: US 4 536 063 A
Patentliteratur 2: US 6 396 630 B1

Die US 5 339 441 A offenbart in einer Ultraviolett-Polarisationsvorrichtung ein erstes Glasstück mit einer Passfläche, ein zweites Glasstück mit einer Passfläche zum Zusammenpassen mit der Passfläche des ersten Glasstücks, eine mehrschichtige optische Dünnfilmbeschichtung, die zwischen der Passfläche des ersten und des zweiten Glasstücks angeordnet ist, wobei die Passflächen und die Dünnfilmbeschichtung eine physikalische Verbindung dazwischen ohne die Verwendung eines Zements bilden.
Die US 3,998,524 A offenbart eine Vorrichtung zum Polarisieren von natürlichem Licht, das auf einen Polarisator einfällt, mit einer Zwischenschicht aus einem doppelbrechenden oder zweiachsigen Material, die zwischen einem Paar Prismensubstrate aus einem zweiten doppelbrechenden oder zweiachsigen Material angebracht ist, mit einer Flüssigkeit oder einem anderen Indexanpassungsmedium zwischen den Prismensubstraten und der Zwischenschicht, um eine optische Kopplung zwischen den drei oben genannten Bestandteilen des Prismas zu gewährleisten.
Die US 4,908,493 A offenbart Laserschweißverfahren, bei dem die Polarisationsebene eines linear polarisierten Laserstrahls in Bezug auf ein Werkstück aus dem zu bearbeitenden Material gleichzeitig und synchron mit der Lenkung des Laserstrahls über das Werkstück gedreht wird, um die Polarisationsebene entweder parallel zur Einfallsebene oder zur Bewegungsrichtung des Strahls in Bezug auf das Werkstück zu halten. Abhängig von der jeweiligen Bearbeitung, wie z. B. Schweißen oder Schmelzen, wird der Einfallswinkel des Laserstrahls auf das Werkstück bei oder in der Nähe des Polarisations- oder Brewsterwinkels gehalten.
GEGENSTAND DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Allerdings weist das Phasenverzögerungssubstrat, das in Patentliteratur 2 beschrieben ist, einen Nachteil hinsichtlich der Schwierigkeit auf, solche Substratkörper zur Zeit der Herstellung des Phasenrückhaltesubstrats aneinander anzudrücken, und bzgl. der Möglichkeit der Beschädigung der Substratkörper, und weist ebenso einen Nachteil hinsichtlich der Möglichkeit in der Wärmeerzeugung aufgrund einer Absorption des Laserstrahls in ein Haftmittel zur optischen Verwendung im Falle des Verklebens der Substrate miteinander mit dem Haftmittel zur optischen Verwendung auf.
Mit Blick auf die Probleme im Stand der Technik, wie zuvor beschrieben, ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine optische Komponente bereitzustellen, die eine Polarisation in einem kleinen Raum auf eine gewünschte konvertieren kann, ohne eine komplizierte Einstellung an einer Optikachse durchzuführen, und die eine einfache Struktur aufweist.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine optische Komponente der vorliegenden Erfindung ist eine optische Komponente, die es einem hier hindurch zu transmittierten Infrarotlaserstrahl gestattet, eine Polarisation des Infrarotlaserstrahls zu konvertieren, wobei die Komponente aufweist: Einen ersten Substratkörper, der aus einem flachen Bauteil hergestellt ist, das einen Infratrotlaserstrahl hier hindurch transmittieren lässt, und einen Brechungsindex von 2 bis 4 bezüglich des Infratrotlaserstrahls aufweist, und der eine Eingabefläche aufweist, wo der Infrarotlaserstrahl einfällt, und eine geneigte Fläche, die in einem bestimmten Neigungswinkel zur Eingabefläche geneigt ist, einen zweiten Substratkörper, der aus einem flachen Bauteil hergestellt ist, und der eine Ausgabefläche aufweist, von der der Infrarotlaserstrahl emittiert wird, und eine geneigte Fläche aufweist, die in einem bestimmten Neigungswinkel zur Ausgabefläche geneigt ist, einen Transmissionsphasenverzögerungsfilm, der an sowohl dem ersten als auch dem zweiten Substratkörper ausgebildet ist, und eine Phase des Infrarotlaserstrahls verschiebt, und einen Antireflexionsfilm, der an sowohl der Eingabefläche als auch der Ausgabefläche ausgebildet ist, und eine Reflexion des orthogonal eintreffenden Infratrotlaserstrahls verhindert,
wobei der Neigungswinkel der gleiche Winkel ist wie der Brechungswinkel θ(λ) des Infrarotlaserstrahls in dem Substratkörper, der gemäß Formel (I) berechnet wird: $n (λ) \times sin θ (λ) = 1 \times sin (x)$

(wobei λ eine Wellenlänge des Infrarotlaserstrahls kennzeichnet, n(λ) einen Brechungsindex des flachen Bauteils bezüglich des Infrarotlaserstrahls kennzeichnet, und x einen Einfallwinkel des Infrarotlaserstrahls kennzeichnet), und
wobei eine Anordnung derart hergestellt wird, dass die Transmissionsphasenverzögerungsfilme, die an den geneigten Flächen von entsprechend dem ersten und zweiten Substratkörper ausgebildet sind, sich durch einen Raum jeweils gegenüberliegen, und die Eingabefläche und die Ausgabefläche parallel zueinander sind.
Gemäß der optischen Komponente, die mit dem obigen Aufbau versehen ist, liegen die Transmissionsphasenverzögerungsfilme, die an den geneigten Flächen ausgebildet sind, durch den Raum einander gegenüber, und die Eingabefläche und die Ausgabefläche sind parallel zueinander, wodurch der Infrarotlaserstrahl orthogonal einfällt und eine Phasenverzögerung erzeugt wird, um eine Umwandlung des Infrarotlaserstrahls auf eine solche in einer gewünschten Polarisation, und ferner eine Unterdrückung der Strahlverschiebung des Infrarotlaserstrahls zu gestatten. Ferner wird in der optischen Komponente, die mit der obigen Struktur versehen ist, in dem Fall des Auftretens einer leichten Transmissionsverschiebung im Transmissionsphasenverzögerungsfilm ein erzeugtes schwaches reflektiertes Licht in dem Raum zwischen den Transmissionsphasenverzögerungsfilmen, die in beiden geneigten Flächen ausgebildet sind, reflektiert, und dann zur äußeren Umgebung dissipiert, und demnach ist eine Toleranz auf einen Herstellungsfehler hoch. Darüber hinaus sind in der optischen Komponente, die mit der obigen Struktur versehen ist, Absorptionskoeffizienten in der Infrarotregion des flachen Bauteils, das den Substratkörper bildet, ein Material, das einen Infrarotoptikmehrlagenfilm bildet, der an der Fläche des Substratkörpers ausgebildet ist, extrem gering, und demnach wird die Komponente verwendet werden, um eine Polarisation des Hochenergieinfrarotlaserstrahls zu konvertieren. Darüber hinaus ist sowohl die Eingabefläche als auch die Ausgabefläche mit dem Antireflexionsfilm zum Verhindern einer Reflexion des orthogonal auftreffenden Infrarotlaserstrahls versehen. Deshalb ist es gemäß der optischen Komponente, die mit der obigen Struktur versehen ist, möglich, eine Reflexion des orthogonal einfallenden Infrarotlaserstrahls auf der Eingabefläche des Substratkörpers zu verhindern, um den Infrarotlaserstrahl effizient durch die optische Komponente transmittieren zu können und einen Verlust des Infrarotlaserstrahls zu unterdrücken.
Die Umfangskante der geneigten Fläche von sowohl dem ersten als auch zweiten Substratkörper ist bevorzugt mit einem Abstandshalter versehen, der aus einem Material mit einer guten thermischen Leitfähigkeit hergestellt ist und dazu dient, den Raum zu halten. Gemäß der optischen Komponente, die mit dem obigen Aufbau versehen ist, kann Wärme, die in der optischen Komponente erzeugt wird, hier mit der Transmission des Infrarotlaserstrahls assoziiert ist, durch den Abstandshalter zum äußeren dissipiert werden, und demnach kann die optische Komponente schnell gekühlt werden. Ferner kann in der optischen Komponente, die mit dem obigen Aufbau versehen ist, nachdem der Raum in den Zustand gebracht werden kann, in dem er von der äußeren Umgebung isoliert ist, der Raum in einem hochreinen Zustand gehalten werden, und die Fläche des Transmissionsphasenverzögerungsfilms, der an der geneigten Fläche ausgebildet ist, wird tendenziell nicht durch die Anwendungsumgebung beeinflusst. Demnach kann die optische Qualität der optischen Komponente, die mit dem obigen Aufbau versehen ist, über einen langen Zeitraum günstig gehalten werden, und die Komponente hat somit voraussichtlich eine lange Lebensdauer.
Der Einfallwinkel des Infrarotlaserstrahls ist bevorzugt 40° bis 60°, obwohl er in Abhängigkeit von der Materialqualität des flachen Bauteils variiert, was den Substratkörper der optischen Komponente bildet, und in Abhängigkeit von der Größe des Substratkörpers. Dieser Einfallwinkel ist fest mit dem Brechungsindex der Infrarotwellenlänge verknüpft, der im Substratkörper verwendet wird, und variiert in Abhängigkeit vom Neigungswinkel (Brechungswinkel des Substratkörpers), jedoch ist der Einfallwinkel zum Reduzieren einer optischen Pfadlänge des Infrarotlaserstrahls, der durch den Substratkörper transmittiert wird, um einen Absorptionsverlust zu reduzieren, bevorzugt im oben genannten Bereich festgelegt.
Eine Phasenverschiebung A durch den Transmissionsphasenverzögerungsfilm, der an der geneigten Fläche des ersten Substratkörpers ausgebildet ist, und eine Phasenverschiebung B durch den Transmissionsphasenverzögerungsfilm, der an der geneigten Fläche des zweiten Substratkörpers ausgebildet ist, kann eine Hälfte der Gesamtphasenverschiebung durch die optische Komponente sein. In der optischen Komponente, die mit dem obigen Aufbau versehen ist, können identische Transmissionsphasenverzögerungsfilme an identischen Substratkörpern ausgebildet sein, und es besteht keine Notwendigkeit zum separaten Ausbilden verschiedener Transmissionsphasenverzögerungsfilme zur Zeit der Herstellung der optischen Komponente, was zu einer exzellenten industriellen Herstellbarkeit führt.
Ferner können die Phasenverschiebung A und die Phasenverschiebung B voneinander verschieden sein, und eine Summe der Phasenverschiebung A und der Phasenverschiebung B kann die Gesamtphasenverschiebung durch die optische Komponente sein. Die optische Komponente, die mit dem obigen Aufbau versehen ist, weist darin einen Herstellungsvorteil auf, dass eine einer Vielzahl von Phasenverschiebungen entsprechende optische Komponente hergestellt werden kann.
Der erste und zweite Substratkörper kann periodisch mit einem Paar geneigter Flächen versehen sein, deren Basiswinkel der Neigungswinkel ist und der eine im Querschnitt gleichschenkelige Dreiecksvorsprungsgestalt ausbildet. Gemäß der optischen Komponente, die mit dem obigen Aufbau versehen ist, kann, nachdem der erste und zweite Substratkörper dünn hergestellt werden kann, die optische Komponente in der optischen Pfadrichtung des Infrarotlaserstrahls kompakter hergestellt werden.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Die optische Komponente der vorliegenden Erfindung kann eine Polarisation auf eine gewünschte in einem kleinen Raum konvertieren, ohne eine komplizierte Einstellung an einer optischen Achse durchzuführen, und weist eine einfache Struktur auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine erklärende Querschnittsansicht, die eine optische Komponente gemäß einer Ausführungsform (erste Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine erklärende Querschnittsansicht, die Substratelemente der optischen Komponente gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine schematische, erklärende Ansicht, die einen optischen Pfad des Infrarotlaserstrahls zeigt, der durch das Substratelement der optischen Komponente transmittiert wird, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine teil-vergrößerte, erklärende Ansicht, die das Substratelement der optischen Komponente gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine teil-vergrößerte, erklärende Ansicht, die die Umgebung eines Raums in der optischen Komponente gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6A ist eine erklärende Hauptteil-Querschnittsansicht, die die Substratelemente einer optischen Komponente gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
6B ist eine erklärende Teilansicht, die einen Substratkörper des Substratelements zeigt.
7 ist ein Verfahrensablauf eines Herstellungsverfahrens für die optische Komponente gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Wellenlänge des Infrarotlaserstrahls und einer Transmittanz zeigt.
9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Wellenlänge des Infrarotlaserstrahls und einer Phasenverschiebung zeigt.
10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Einfallwinkel des Infrarotlaserstrahls und der Transmittanz zeigt.
11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Einfallwinkel des Infrarotlaserstrahls und der Phasenverschiebung zeigt.
12 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel einer geneigten Fläche und dem Einfallwinkel (Austrittswinkel) in den Raum G zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Optische Komponente gemäß der ersten Ausführungsform]
Hiernach werden Ausführungsformen einer optischen Komponente der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. In den nachfolgenden Zeichnungen werden ein Transmissionsphasenverzögerungsfilm, ein Antireflexionsfilm und ein Abstandshalter, welche die optische Komponente bilden, mit angemessen übertriebenen Größen zu ihrer deutlichen Erklärung gezeichnet.
Es ist anzumerken, dass, nachdem eine typische Phasenverschiebung, die beim Konvertieren einer linearen Polarisation auf eine Zirkularpolarisation verwendet wird, λ/4(90°) beim Verarbeiten unter Verwendung eines Infrarotlaserstrahls ist, eine optische Komponente mit ihrer Phasenverschiebung auf λ/4 festgelegt hiernach beispielhaft beschrieben wird, die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf ein solches Beispiel beschränkt ist. Ferner werden ein Austrittswinkel und ein Einfallwinkel des Infrarotlaserstrahls an einer geneigten Fläche, die am Transmissionsphasenverzögerungsfilm ausgebildet ist, welcher die optische Komponente bildet, auf 45° festgelegt.
1 ist eine erklärende Querschnittsansicht, die eine optische Komponente gemäß einer Ausführungsform (erste Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2 ist eine erklärende Querschnittsansicht, die Substratelemente der optischen Komponente gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Eine optische Komponente 1, die in 1 gezeigt ist, ist mit einem Paar Substratelemente 5, 6 und einem Halter 7 versehen. In einer solchen optischen Komponente 1 sind die Substratelemente 5, 6 identische Substratelemente und haben entsprechend die gleiche Phasenverschiebung. Demnach ist es festgelegt, dass die Phasenverschiebung jedes des Paars der Substratelemente 5, 6 λ/8 ist, und die Phasenverschiebung durch die Kombination der Substratelemente 5, 6 insgesamt λ/4(90°) ist. Nachdem die Substratelemente 5, 6 wie beschrieben identisch sind und keine Notwendigkeit zum separaten Herstellen unterschiedlicher Substratelemente beim Herstellen der optischen Komponente 1 besteht, ist die optische Komponente 1 gemäß der ersten Ausführungsform hinsichtlich der industriellen Herstellbarkeit exzellent.
Das Substratelement 5 umfasst einen Substratkörper 11, einen Transmissionsphasenverzögerungsfilm 13 zum Verschieben einer Phase des Infrarotlaserstrahls, und einen Antireflexionsfilm 15 zum Verhindern einer Reflexion des orthogonal auftreffenden Infrarotlaserstrahls. Ferner umfasst das Substratelement 6 einen Substratkörper 12, einen Transmissionsphasenverzögerungsfilm 14 zum Verschieben einer Phase des Infrarotlaserstrahls, und einen Antireflexionsfilm 16 zum Verhindern einer Reflexion des orthogonal einfallenden Infrarotlaserstrahls.
In der vorliegenden Beschreibung wird der Einfachheit halber eines, das an der Einfallseite des Infrarotlaserstrahls angeordnet ist, als das Substratelement 5 angenommen, und eines, das an der Austrittsseite des Infrarotlaserstrahls angeordnet ist, wird als das Substratelement 6 angenommen.
Der Substratkörper 11 weist eine Eingabefläche 11a auf, an der der Infrarotlaserstrahl einfällt, und eine geneigte Fläche 11b, die in einem bestimmten Neigungswinkel θ(λ) zur Eingabefläche 11a geneigt ist. Der Substratkörper 12 weist eine Ausgabefläche 12a auf, von der der Infrarotlaserstrahl emittiert wird, und eine geneigte Fläche 12b, die in einem bestimmten Neigungswinkel θ(λ) zur Ausgabefläche 12a geneigt ist (vgl. 1 und 2). Jeder der Substratkörper 11, 12 ist aus einem flachen Bauteil hergestellt, das den Infrarotlaserstrahl hier hindurch transmittieren lässt und einen Brechungsindex von 2 bis 4 bezüglich des Infrarotlaserstrahls aufweist, und eine im Querschnitt dreiecksförmige Gestalt umfasst. In der vorliegenden ersten Ausführungsform werden die Substratkörper 11, 12 in einer Scheibengestalt ausgebildet.
Es ist anzumerken, dass in der vorliegenden Erfindung, jeder der Substratkörper 11, 12 eine Basis in einer kurzen säulenförmigen Gestalt aufweisen kann, wie in 3 gezeigt, und zwar vom Blickwinkel der Vereinfachung der Herstellung der optischen Komponente und der Verbesserung der Festigkeit der optischen Komponente.
Bei der optischen Komponente gemäß der vorliegenden ersten Ausführungsform wird Zinkselenid als ein das Substrat bildendes Material verwendet.
Es ist anzumerken, dass in der vorliegenden Erfindung das Material, das das Substrat bildet, lediglich ein Material sein kann, das den Infrarotlaserstrahl hier hindurch transmittieren lässt und einen Brechungsindex von 2 bis 4 bezüglich des Infrarotlaserstrahls aufweist. Beispiele des Materials, das das Substrat bildet, können Zinksulfid, Zinkselenid, Silizium und Germanium umfassen, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf solche Beispiele beschränkt. In der vorliegenden Erfindung wird unter diesen Materialien Zinkselenid bevorzugt verwendet, und Gasabscheidungs-Zinkselenid wird weiter bevorzugt verwendet, nachdem das Material einen extrem geringen Absorptionskoeffizienten bei einem hochenergetischen Infrarotlaser aufweisen muss.
Wie in 3 gezeigt, ist in jedem der Substratkörper 11, 12 der Neigungswinkel der geneigten Fläche der gleiche Winkel wie ein Brechungswinkel θ(λ) des Infrarotlaserstrahls in jedem der Substratkörper 11, 12, der gemäß Formel (I) berechnet wird: $n (λ) \times sin θ (λ) = 1 \times sin (x)$
(wobei λ eine Wellenlänge des Infrarotlaserstrahls kennzeichnet, n(λ) einen Brechungsindex des Substrats bezüglich des Infrarotlaserstrahls kennzeichnet, und x einen Einfallwinkel des Infrarotlaserstrahls kennzeichnet).
Hier ist in Formel (I) λ eine Wellenlänge des Infrarotlaserstrahls als eine Sache, dessen Polarisation zu konvertieren ist. Beispiele des Infrarotlaserstrahls können einen Kohlenstoffdioxid-Laserstrahl umfassen, jedoch ist die Erfindung nicht auf ein solches Beispiel beschränkt. Die Wellenlänge des Infrarotlaserstrahls ist normalerweise 1000 bis 12000 nm im Allgemeinen. Unter dem obigen Infrarotlaserstrahl ist eine Wellenlänge eines Kohlendioxid-Laserstrahls normalerweise von 9300 nm bis 10600 nm.
Ferner ist in Formel (I) n(λ) der Brechungsindex des Substrats bezüglich des Infrarotlaserstrahls. Obwohl der Brechungsindex n(λ) in der vorliegenden Ausführungsform auf 2,40 bis 2,41 festgelegt ist, hängt ein Brechungsindex n(λ) normalerweise vom das Substrat bildenden Material in der vorliegenden Erfindung ab.
Ferner kennzeichnet in Formel (I) x den Einfallswinkel des Infrarotlaserstrahls. Der Einfallswinkel des Infrarotlaserstrahls wird auf 45° in der vorliegenden Ausführungsform festgelegt, wie zuvor beschrieben, jedoch kann er in der vorliegenden Erfindung auf einen Einfallwinkel innerhalb des Bereichs festgelegt werden, der die Dicke und die Festigkeit jedes Substratkörpers 11, 12 sicherstellt, welche beim Herstellen hiervon zugelassen sind.
Normalerweise ist der Einfallswinkel bevorzugt 40° bis 60°, und weiter bevorzugt 40° bis 50°, und zwar vom Blickwinkel des Reduzierens der Anzahl der erwähnten optischen Lagen, welche den Transmissionsphasenverzögerungsfilm 13 bilden, und Reduzieren der maximalen Dicke jedes der Substratelemente 5, 6, um die optische Komponente 1 kompakter zu machen.
Es ist anzumerken, dass der zuvor genannte Bereich des Einfallswinkels in Abhängigkeit von der Materialqualität und der Größe jedes der Substratelemente 5, 6 variiert. Zum Beispiel ist mit einer nachfolgend genannten allgemeinen Größe, wenn die Materialqualität jedes der Substratelemente 5, 6 Zinkselenid ist, der Einfallwinkel bevorzugt 40° bis 50°. Im Gegensatz hierzu, wenn die Materialqualität jedes der Substratelemente 5, 6 Germanium ist, ist der Einfallwinkel bevorzugt 40° bis 60°. Der Brechungsindex von Germanium im Wellenlängenbereich des Infrarotlaserstrahls (1000 bis 12000 nm) ist ungefähr 4,0, was größer ist als in dem Fall, wo die Materialqualität jedes der Substratelemente 5, 6 Zinkselenid ist, wodurch der Neigungswinkel θ(λ), der durch Ersetzen von 45° für x und 4,0 für n(λ) in der obigen Formel (I) berechnet wird, ungefähr 10° ist. Somit, selbst wenn der Neigungswinkel kleiner gemacht wird, kann eine ähnliche Wirkung mit dem Substratelement mit geringerer Dicke erhalten werden als in dem Fall der Materialqualität, wo jedes der Substratelemente 5, 6 Zinkselenid ist. Demnach soll die Komponente kompakter herzustellen sein.
In der vorliegenden Ausführungsform kann ein Durchmesser jedes Substratkörpers 11, 12 gemäß der Verwendung der optischen Komponente 1 oder ähnlichem geeignet festgelegt werden. Solch ein Durchmesser jeder der Substratkörper 11, 12 wird mit einem Durchmesser im Bereich von 38,1 bis 63,5 mm in einer normalen Laseroptikkomponente angewandt, obwohl er vom Laserstrahldurchmesser abhängen kann.
Ferner kann eine Dicke jeder der Substratkörper 11, 12 gemäß dem Durchmesser jeder der Substratkörper 11, 12, der Wellenlänge des verwendeten Infrarotlaserstrahls, und ähnlichem festgelegt werden. Es ist festzustellen, dass in der vorliegenden Beschreibung die Dicke jedes der Substratkörper 11, 12 gemäß Formel (II) berechnet werden kann: $\begin{array}{l} Dicke d1 der Substratk \ddot{o} rper 11,12 \\ = Durchmesser D1 der Substratk \ddot{o} rper 11,12 \times tan θ (λ) \end{array}$
(vgl. 2).

In der vorliegenden Ausführungsform sind, zum Beispiel wenn der Durchmesser jeder der Substratkörper 11, 12 38,1 mm oder 50,8 mm ist und die Wellenlänge λ des verwendeten Infrarotlaserstrahls 9300 nm oder 10600 nm ist, der Brechungsindex n(λ) und der Neigungswinkel θ(λ) des Substrats und die Dicke jedes der Substratkörper 11, 12 entsprechend in Tabelle 1 gezeigte Werte. Tabelle 1

Wellenlänge λ (nm)		9300	10600
Brechungsindex n(λ)		2.4105	2.403
Neigungswinkel θ(λ) [°]		17.0585	17.1132
Dicke (mm) der Substratkörper 11, 12	Wenn Durchmesser D der Substratkörper 11, 12=38,1 mm	11.691	11.731
Dicke (mm) der Substratkörper 11, 12	Wenn Durchmesser D der Substratkörper 11, 12=50,8 mm	15.588	16.641

Wie somit beschrieben ist gemäß der optischen Komponente 1 der Neigungswinkel der geneigten Fläche, wo der Transmissionsphasenverzögerungsfilm ausgebildet ist, θ(λ), welcher die Formel (I) erfüllt, und demnach ist es möglich, eine Phasenverzögerung zu erzeugen und den Infrarotlaserstrahl in eine gewünschte Polarisation zu konvertieren, und ferner eine Strahlverschiebung des Infrarotlaserstrahls zu vermeiden, dessen Polarisation konvertiert wurde.
Der Transmissionsphasenverzögerungsfilm 13 ist an der geneigten Fläche 11b und der Transmissionsphasenverzögerungsfilm 14 ist an der geneigten Fläche 12b ausgebildet.

In der vorliegenden Ausführungsform kann, wenn die Wellenlänge des verwendeten Infrarotlaserstrahls 10600 nm beträgt, wie in 4 und Tabelle 2 gezeigt, jeder der Transmissionsphasenverzögerungsfilme 13, 14 ein Mehrlagenfilm mit einer Mehrlagenstruktur sein, die durch alternierendes Schichten ausgebildet ist, und zwar am Substratkörper (vgl. 12 in 4): Lagen mit großem Brechungsindex (vgl. 14a, 14c, 14e, 14g in 4), die aus Zinkselenid als einem Material für einen Film mit hohem Brechungsindex hergestellt sind, der den Infrarotlaserstrahl hier hindurch transmittieren lässt, und der einen geringen Absorptionskoeffizienten des Infrarotlaserstrahls aufweist, und Lagen mit geringem Brechungsindex (vgl. 14b, 14d, 14f, 14h in 4), die aus Thoriumfluorid als einem Material für einen Film mit geringem Brechungsindex hergestellt sind, der den Infrarotlaserstrahl hier hindurch transmittieren lässt, und der einen geringen Absorptionskoeffizienten des Infrarotlaserstrahls aufweist. Tabelle 2

		4	Grundmaterial	Optische Dicke [Einheit:λ/4]	Lagendicke [nm]
Luftmedium		-	-	-	-
Transmissionsphasenverzögerungsfilm	Erste Lage	14a	Zinkselenid	0,5014	533
	Zweite Lage	14b	Thoriumfluorid	0,7644	1501
	Dritte Lage	14c	Zinkselenid	0,7678	847
	Vierte Lage	14d	Thoriumfluorid	0,9017	1770
	Fünfte Lage	14e	Zinkselenid	0,7991	881
	Sechste Lage	14f	Thoriumfluorid	0,8155	1601
	Siebte Lage	14g	Zinkselenid	0,6405	706
	Achte Lage	14h	Thoriumfluorid	0,6680	1311
Substratkörper		12	Zinkselenid	-	-

Es ist anzumerken, dass in der vorliegenden Erfindung die Transmisionsphasenverzögerungsfilme 13, 14 lediglich aus einem Material hergestellt sein können, das den Infrarotlaserstrahl hier hindurch transmittieren lässt und einen geringen Absorptionskoeffizienten des Infrarotlaserstrahls aufweist. In der vorliegenden Erfindung ist aus dem Blickwinkel, die optische Komponente 1 kompakt zu machen, jeder der Transmissionsphasenverzögerungsfilme 13, 14 bevorzugt ein Mehrlagenfilm, der aus den Lagen mit großem Brechungsindex, die aus dem Material für den Film mit hohem Brechungsindex hergestellt sind, und den Lagen mit geringem Brechungsindex, die aus dem Material für den Film mit geringem Brechungsindex hergestellt sind, zusammengestellt ist. Das Material für den Film mit hohem Brechungsindex umfasst zum Beispiel Germanium, Zinksulfid, Zinktellurid und Bleitellurid zusätzlich zu Zinkselenid, das zuvor beschrieben wurde, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf solche Beispiele beschränkt. Ferner umfasst das Material für den Film mit dem geringen Brechungsindex zum Beispiel anderes Fluorid, eine Mischung hiervon, feste Lösungen, die durch Mischen in einem geeigneten Gewichtsverhältnis und durch Schmelzen erzeugt werden, Alkalierdmetallfluorid, Seltene Erden-Metallfluorid oder ähnliches, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf solche Beispiele beschränkt. Das Fluorid umfasst zum Beispiel Thoriumfluorid, wie zuvor beschrieben, Bariumfluorid, Yttriumfluorid, Ytterbiumfluorid, Aluminiumfluorid, Samariumfluorid, Praseodymiumfluorid, und ähnliches, jedoch ist die vorliegende Erfindung auf solche Beispiele beschränkt. Die feste Lösung umfasst zum Beispiel IRX (Produktname, hergestellt durch Materion, Inc.) oder ähnliches, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein solches Beispiel beschränkt.
Solche Transmissionsphasenverzögerungsfilme 13, 14 können gemäß zum Beispiel einer Optikdünnfilmtheorie ausgelegt werden, die mit der Referenzliteratur beschrieben ist: „Thin Film Optical Filters, 2. Ausgabe“, geschrieben von H. A. Macleod, veröffentlicht 1986.
Hier sind in den Transmissionsphasenverzögerungsfilmen 13, 14 mit der vorangegangenen Mehrlagenstruktur wie in der vorliegenden ersten Ausführungsform aufgrund der Isotropie der Filme ein optischer Pfad der p-Polarisation und ein optischer Pfad der s-Polarisation gemäß dem Snell's Gesetz gleich.
Auf der anderen Seite wird ein effektiver Brechungsindex einer p-Polarisationskomponente in einem Lagenmedium i (Material, das eine Lage bildet) ein Wert, der gemäß Formel (III) erhalten wird: $n {(λ)}^{p} I = n (λ) i/cos θ (λ) i$
(wobei n(λ) und θ(λ) ähnlich zu den obigen sind). Ein effektiver Brechungsindex einer s-Polarisationskomponente in dem Lagenmedium i (Material, das die Lage bildet) ist ein Wert, der gemäß Formel (IV) erhalten wird: $n {(λ)}^{s} I = n (λ) i/cos θ (λ) i$
wobei n(λ) und θ(λ) ähnlich zu den obigen sind. Die zuvor erhaltenen Werte sind voneinander verschieden.
Demnach sind in jedem der Transmissionsphasenverzögerungsfilme 13, 14 mit der obigen Mehrlagenstruktur wie in der vorliegenden ersten Ausführungsform optische Längen der p-Polarisationskomponente und der s-Polarisationskomponente voneinander verschieden, was zum Auftreten von Phasenverzögerungen der p-Polarisation und der s-Polarisation führt.
Ferner kann eine physikalische Dicke jeder Lage, die jeden der Transmissionsphasenverzögerungsfilme 13, 14 bildet, welche die Mehrlagenstruktur haben, wie in der vorliegenden ersten Ausführungsform, unter Verwendung einer Optikdünnfilmberechnungs-Software berechnet werden, durch Durchführen einer Optimierungsberechnung, welche die Phasenverschiebung auf einen gewünschten Wert bringt. Darüber hinaus, um gleichzeitig eine gewünschte Phasenverschiebung und eine gewünschte Transmittanz zu gewährleisten, können diese gewünschte Phasenverschiebung und gewünschte Transmittanz entsprechend festgelegt werden, um Werte zu erreichen, und dann kann die Optimierungsberechnung unter Verwendung der Optikdünnfilmberechnungs-Software durchgeführt werden.
Der Antireflexionsfilm 15 ist an der Eingabefläche 11a ausgebildet, und der Antireflexionsfilm 16 ist an der Ausgabefläche 12a ausgebildet. In der vorliegenden ersten Ausführungsform ist in der optischen Komponente 1 jeder der Antireflexionsfilme 15, 16 aus einer ersten Lage (Dicke 230 nm) zusammengesetzt, die aus Zinkselenid hergestellt ist (ihr Brechungsindex des Infrarotlaserstrahls mit der Wellenlänge von 10600 nm ist 2,403), als das Material für den Film mit großem Brechungsindex, und eine zweite Lage (Dicke 1046 nm), die aus Thoriumfluorid hergestellt ist (ihr Brechungsindex des Infrarotlaserstrahls mit einer Wellenlänge von 10600 nm ist 1,35), als das Material für den Film mit geringem Brechungsindex, in der Reihenfolge von den Außenseiten der Substratkörper 11, 12. Nachdem eine Reflexion des orthogonal einfallenden Infrarotlaserstrahls an der Eingabefläche 11a des Substratkörpers 11 durch den Antireflexionsfilm 15 verhindert werden kann, ist es möglich, den Infrarotlaserstrahl effizient durch die optische Komponente 1 zu transmittieren, und somit einen Verlust des Infrarotlaserstrahls zu vermeiden.
Es ist anzumerken, dass in der vorliegenden Erfindung für die Materialien, welche die Antireflexionsfilme 15, 16 bilden, Materialien geeignet ausgewählt werden können und aus den vorangegangenen Materialien für die Filme mit großem Brechungsindex und den Materialien für den Film mit dem geringen Brechungsindex gemäß der Wellenlänge des verwendeten Infrarotlaserstrahls verwendet werden können, anstatt Zinkselenid und Thoriumfluorid, die vorher erwähnt wurden, zu verwenden. Ferner können solche Antireflexionsfilme 15, 16 gemäß zum Beispiel der Optikdünnfilmtheorie ausgelegt werden, die in „Thin Film Optical Filters, 2. Ausgabe“ beschrieben ist, geschrieben von H. A. Macleod, veröffentlicht 1986.
In der vorliegenden Erfindung ist von dem Blickwinkel, die optische Komponente 1 kompakt herzustellen, jeder der Antireflexionsfilme 15, 16 bevorzugt ein Mehrlagenfilm, der aus den Lagen mit hohem Brechungsindex, die aus dem Material für den Film mit hohem Brechungsindex hergestellt sind, und den Lagen mit geringem Brechungsindex, die aus dem Material für den Film mit geringem Brechungsindex hergestellt sind, konfiguriert ist.
Eine Dicke jeder der Antireflexionsfilme 15, 16 kann gemäß der Wellenlänge des verwendeten Infrarotlaserstrahls oder ähnlichem geeignet festgelegt werden.
In der optischen Komponente 1 gemäß der vorliegenden ersten Ausführungsform sind die Substratelemente 5, 6 derart angeordnet, dass ein Raum G durch einen Abstandshalter 17 zwischen dem Transmissionsphasenverzögerungsfilm 13, der an der geneigten Fläche 11b des Substratkörpers 11 ausgebildet ist, und dem Transmissionsphasenverzögerungsfilm 14, der an der geneigten Fläche 12b des Substratkörpers 12 ausgebildet ist (vgl. 1 und 5), vorgesehen ist.
Der Abstandshalter 17 ist aus einem kreisförmigen Folienbauteil eines wärmeleitenden Materials mit einer geeigneten Wärmeleitfähigkeit hergestellt, wie einem kreisförmigen Folienmaterial, das aus Metall, wie Aluminium oder rostfreiem Stahl hergestellt ist, oder einem kreisförmigen Folienbauteil, das aus einem nicht-metallischen, anorganischen Material mit deutlicher Flexibilität hergestellt ist, und an den Umfangsrippen der geneigten Flächen 11b, 12b versehen ist, um den Raum G zu halten. Wie zuvor beschrieben, kann gemäß der optischen Komponente 1 der vorliegenden ersten Ausführungsform ein Bereitstellen des Raumes durch den Abstandshalter 17, der aus dem wärmeleitfähigen Material hergestellt ist, zur Dissipation von Wärme führen, die in der optischen Komponente erzeugt wird, welche mit der Transmission des Infrarotlaserstrahls assoziiert ist, und zwar zum äußeren, und demnach kann die optische Komponente schnell gekühlt werden.
Ferner, nachdem der Abstandshalter 17 an den Umfangsrippen der geneigten Flächen 11b, 12b vorgesehen ist und der Raum G in den Zustand gebracht wird, dass er von der äußeren Umgebung isoliert ist, kann der Raum G in einem hochreinen Zustand gehalten werden, und die Flächen der Transmissionsphasenverzögerungsfilme 13, 14, die an den geneigten Flächen 11b, 12b ausgebildet sind, werden tendenziell nicht durch die Einsatzumgebung beeinflusst. Deshalb kann gemäß der optischen Komponente 1 der vorliegenden ersten Ausführungsform die optische Qualität über eine lange Zeitspanne gut gehalten werden, und eine lange Lebenszeit kann erwartet werden.
Es ist festzustellen, dass in der vorliegenden Erfindung das wärmeleitfähige Material lediglich ein Material sein kann, das eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 15 bis 400 (W·m^-1·K^-1) aufweist. Beispiele der wärmeleitfähigen Materialien können rostfreien Stahl und Aluminium umfassen, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf solche Beispiele beschränkt.
Eine Dicke dAs des Abstandshalters 17 (d.h., eine Größe des Raums) kann wie geeignet in Übereinstimmung mit dem erlaubten Bereich der Strahlverschiebungsgröße des Infrarotlaserstrahls festgelegt werden, dessen Polarisation durch die optische Komponente 1 gemäß der vorliegenden ersten Ausführungsform konvertiert wird, oder ähnliches. Die Dicke dAs des Abstandshalters 17 (d.h., die Größe des Raums) ist bevorzugt gleich oder weniger als 1 mm und eher bevorzugt gleich oder weniger als 0,5 mm, aus dem Blickwinkel, die Strahlverschiebung zu vermeiden, und ist bevorzugt gleich oder mehr als 0,05 mm, aus dem Blickwinkel, die Herstellungseinfachheit zu erhalten und den Abstandshalter 17 zu handhaben.
Der Halter 7 ist ein Haltebauteil zum Positionieren der Substratelemente 5, 6 in einer Breiten- und Durchmesserrichtung, und sie zu halten. Ein Innendurchmesser des Halters 7 und eine Höhe in einer Breitenrichtung am inneren hiervon kann wie geeignet in Übereinstimmung mit den Durchmessern (Maximalaußendurchmesser) der Substratelemente 5, 6, der Höhen in der Breitenrichtung, wenn sie einander gegenüberliegen, oder ähnliches, festgelegt werden. Beispiele der Materialien, die den Halter 7 bilden, können eine Aluminiumlegierung umfassen, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein solches Beispiel beschränkt.
In der vorliegenden ersten Ausführungsform wird, wenn der Infrarotlaserstrahl mit einer Wellenlänge von 10600 nm orthogonal auf das Substratelement 5 einfällt, das an der Eingabefläche 11a von der Seite des Antireflexionsfilms 15 ausgebildet ist, wie in 3 gezeigt, der Infrarotlaserstrahl, der vom Transmissionspfadverzögerungsfilm 13 emittiert wird, der an der geneigten Fläche 11b ausgebildet ist, um 45° bezüglich einer vertikal zur geneigten Fläche 11b angeordneten Linie P gebrochen. Dann gelangt der Infrarotlaserstrahl, der vom Substratelement 5 emittiert wird, durch den Raum G, und fällt an der gegenüberliegenden geneigten Fläche 12b des Substratelements 6 ein (vgl. 5).
In der optischen Komponente 1 gemäß der vorliegenden ersten Ausführungsform sind die Transmissionsphasenverzögerungsfilme 13, 14, die an den geneigten Flächen 11b, 12b der Substratelemente 5, 6 ausgebildet sind, durch den Raum G einander gegenüberliegend, und die Eingabefläche 11a und die Ausgabefläche 12a sind zueinander parallel, wodurch der Infrarotlaserstrahl orthogonal einfällt, und eine Phasenverzögerung erzeugt wird, um eine Konvertierung des Infrarotlaserstrahls auf eine gewünschte Polarisation zu gestatten. Ferner wird im Transmissionsphasenverzögerungsfilm 13, selbst wenn eine leichte Strahlversetzung auftritt, ein erzeugtes schwaches, reflektiertes Licht im Raum G zwischen den Transmissionsphasenverzögerungsfilmen 13, 14 reflektiert, die an beiden geneigten Flächen ausgebildet sind, und dann zur äußeren Umgebung dissidiert, und demnach ist eine Toleranz für einen Herstellungsfehler hoch.
[Optische Komponente gemäß einer zweiten Ausführungsform]
6A ist eine erklärende Hauptteil-Querschnittsansicht, die Substratelemente einer optischen Komponente gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 6B ist eine erklärende Teilansicht, die einen Substratkörper des Substratelements zeigt.
Die optische Komponente gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform ist darin verschieden von der optischen Komponente 1 gemäß der ersten Ausführungsform, dass, wie in 6A und 6B gezeigt, die geneigten Flächen 11b, 12b entsprechend aus einem Paar der geneigten Flächen 11b1, 12b2, die einen Basiswinkel aufweisen, welcher der Einfallwinkel θ(λ) ist und im Querschnitt eine Gleichschenkeldreiecks-Vorsprungsgestalt ausbilden, die periodisch vorgesehen ist, und einem Paar geneigter Flächen 12b1, 12b2 ausgebildet sind, die im Querschnitt eine Gleichschenkeldreiecks-Vorsprungsgestalt ähnlich zur obigen ausbilden. Es ist anzumerken, dass in 6B eine durchgezogene Linie ein Talteil kennzeichnet und eine gestrichelte Linie ein Hügelteil im Substratkörper 12 kennzeichnet.
In einer solchen optischen Komponente gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform, wie in 6A und 6B gezeigt, sind der Substratkörper 11 des Substratelements 8 und der Substratkörper 12 des Substratelements 9 entsprechend mit einem Paar geneigter Flächen 11b1, 11b2, welche einen Basiswinkel aufweisen, welcher der Einfallswinkel θ(λ) ist und im Querschnitt eine Gleichschenkeldreiecks-Vorsprungsgestalt ausbilden, und einem Paar geneigter Flächen 12b1, 12b2 versehen sind, die im Querschnitt eine ähnliche Gleichschenkeldreiecks-Vorsprungsgestalt ähnlich zur obigen ausbilden, so dass eine Periodenlänge L ist (vgl. 6A und 6B).
Ferner sind das Paar der geneigten Flächen 11b1, 11b2 und das Paar der geneigten Flächen 12b1, 12b2 entsprechend mit Transmissionsphasenverzögerungsfilmen 13, 14 ausgebildet.
In der optischen Komponente gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform wird eine Höhe d2 jedes des Paars der geneigten Flächen 11b1, 11b2 und des Paars der geneigten Flächen 12b1, 12b2 durch die Formel (V) ausgedrückt: $H \ddot{o} he d2 = (L/ 2) \times tan θ (λ)$
(wobei L eine Periodenlänge kennzeichnet und ein Wert kleiner als ein Durchmesser D2 jeder der Substratkörper 11, 12 ist, und θ(λ) ähnlich zu den obigen ist).
Deshalb kann unter der Annahme, dass der Durchmesser D2 jedes der Substratkörper 11, 12 der optischen Komponente gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform der gleiche ist wie der Durchmesser D1 jeder der Substratkörper 11, 12 gemäß der vorliegenden ersten Ausführungsform, die Höhe d2 jedes des Paars der geneigten Flächen 11b1, 11b2 und des Paars der geneigten Flächen 12b1, 12b2 kleiner hergestellt werden als die Höhe d1 jedes der geneigten Flächen 11b, 12b der optischen Komponente gemäß der vorliegenden ersten Ausführungsform (vgl. 2, 6A und 6B).
In der optischen Komponente gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform kann, zum Beispiel, wenn die Periodenlänge L auf 10, 13, 15 oder 20 mm festgelegt wird, die Höhe d2 jedes des Paars der geneigten Flächen 11b1, 11b2 und des Paars der geneigten Flächen 12b1, 12b2 wie in Tabelle 3 gemäß Formel (V) festgelegt werden, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein solches Beispiel beschränkt. Tabelle 3

Periodenlänge L [mm] 10 13 15 20

Höhe d2 [mm] 1.534 1.995 2.301 3.068
(Optische Komponente gemäß einem modifizierten Beispiel)
Bei den optischen Komponenten gemäß der zuvor beschriebenen ersten undzweiten Ausführungsform sind die Substratelemente 5, 6 identische Substratelemente, und die Phasenverschiebungen der entsprechenden Substratelemente 5, 6 sind die gleichen und werden beide auf λ/8 festgelegt, jedoch können in der vorliegenden Erfindung die Phasenverschiebungen des Paars der Substratelemente voneinander verschieden ausgelegt werden.
(Herstellungsverfahren für eine optische Komponente)
Als nächstes wird eine Ausführungsform für ein Herstellungsverfahren für die optische Komponente der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben. Hiernach wird unter Heranziehung eines Beispiels eines Herstellungsverfahrens für die optische Komponente 1 gemäß der ersten Ausführungsform eine Erklärung abgegeben. 7 ist eine Verfahrensansicht, die einen Ablauf des Herstellungsverfahrens für die optische Komponente gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Es ist anzumerken, dass in 7 ein Transmissionsphasenverzögerungsfilm, ein Antireflexionsfilm und ein Abstandshalter, welche die optische Komponente bilden, zum Zwecke ihrer deutlichen Erklärung mit geeigneten übertriebenen Größen gezeichnet sind.
Zunächst wird der Substratkörper 11(12) mit der geneigten Fläche 11b(12b) aus einem scheibenähnlichen Bauteil W erhalten, das aus einem Material gefertigt ist, welches einen Infrarotlaserstrahl hier hindurch transmittieren lässt und einen Brechungsindex von 2 bis 4 bezüglich des Infrarotlaserstrahls aufweist (vgl. Teil (a) von 7). Ein solcher Substratkörper 11(12) kann, zum Beispiel, derart ausgebildet werden, dass ein Zwischenmaterial, das dem Substratkörper 11(12) entspricht, aus einem Material herausgeschnitten wird, dass für die optische Komponente verwendet wird, und hiernach im Allgemeinen einem Schleifen, Schneiden, Polieren und ähnlichem unterworfen wird.
Als nächstes wird der Transmissionsphasenverzögerungsfilm 13(14) an der geneigten Fläche 11b(12b) des Substratkörpers 11(12) ausgebildet (vgl. Teil (b) von 7). Der Transmissionsphasenverzögerungsfilm 13(14) kann durch, zum Beispiel, Schichten jeder Lage ausgebildet werden, welche den Transmissionsphasenverzögerungsfilm 13(14) an der Fläche der geneigten Fläche 11b(12b) ausbildet. Jede Lage, welche den Transmissionsphasenverzögerungsfilm 13(14) ausbildet, kann an der Fläche der geneigten Fläche 11b(12b) durch, zum Beispiel, resistive Erwärmungsverdampfung, Elektronenstrahlverdampfung, Sputterung, Ionenstrahlabscheidung oder ähnlichem beschichtet werden, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf solche Verfahren beschränkt.
Als nächstes werden die Antireflexionsfilme 15, 16 an der Eingabefläche 11a des Substratkörpers 11 und der Ausgabefläche 12a des Substratkörpers 12 ausgebildet, um die Substratelemente 5, 6 zu erhalten (vgl. Teil (c) von 7). Die Antireflexionsfilme 15, 16 können durch Schichten jeder der Lagen ausgebildet werden, welche die Antireflexionsfilme 15, 16 bilden, und zwar an der Fläche jeder der Eingabefläche 11a und der Ausgabefläche 12a, oder durch ein anderes Verfahren. Jede Lage, die jeden der Antireflexionsfilme 15, 16 bildet, kann an der Fläche jeder der Eingabefläche 11a und der Ausgabefläche 12a durch, zum Beispiel, resistives Erwärmungsverdampfen, Elektronenstrahlverdampfen, Sputtering, Ionenstrahlabscheidung oder ähnliches geschichtet werden, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht durch solche Verfahren beschränkt.
Nachfolgend wird der Transmissionsphasenverzögerungsfilm 13 des Substratelements 5 gegenüberliegend zum Transmissionsphasenverzögerungsfilm 14 des Substratelements 6 durch den Abstandshalter 17 hergestellt, um den Raum G bereitzustellen, und diese Substratelemente 5, 6 werden durch den Halter 7 gehalten, um die optische Komponente 1 zu erhalten (vgl. Teil (d) von 7).
Hiernach wird die vorliegende Erfindung detaillierter mittels Beispielen beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf solche Beispiele beschränkt.
(Beispiel 1)
Optische Eigenschaften der Transmissionsphasenverzögerungsfilme 13, 14, die in 4 und Tabelle 2 gezeigt sind, werden untersucht. Hier werden untersucht: Die Beziehung zwischen der Wellenlänge des Infrarotlaserstrahls und der Transmittanz der Transmissionsphasenverzögerungsfilme 13, 14, die in 4 und Tabelle 2 gezeigt sind, die Beziehung zwischen der Wellenlänge des Infrarotlaserstrahls und der Transmissionsphasenverschiebung der Transmissionsphasenverzögerungsfilme 13, 14, die Beziehung zwischen dem Einfallwinkel des Infrarotlaserstrahls und der Transmittanz der Transmissionsphasenverzögerungsfilme 13, 14, und die Beziehung zwischen dem Einfallwinkel des Infrarotlaserstrahls und der Transmissionsphasenverschiebung der Transmissionsphasenverzögerungsfilme 13, 14.
8 zeigt die Beziehung zwischen der Wellenlänge des Infrarotlaserstrahls und der Transmittanz, 9 zeigt die Beziehung zwischen der Wellenlänge des Infrarotlaserstrahls und der Phasenverschiebung, 10 zeigt die Beziehung zwischen dem Einfallwinkel des Infrarotlaserstrahls und der Transmittanz, und 11 zeigt die Beziehung zwischen dem Einfallwinkel des Infrarotlaserstrahls und der Phasenverschiebung. In 8 und 10, kennzeichnet (A) einen Durchschnittswert der Transmittanz der s-Polarisationskomponente und einer Transmittanz der p-Polarisationskomponente, (B) kennzeichnet die Transmittanz der s-Polarisationskomponente, und (C) kennzeichnet die Transmittanz der p-Polarisationskomponente.
Es wurde herausgefunden, dass, wenn die Transmittanz und die Phasenverschiebung jeder der Transmissionsphasenverzögerungsfilme 13, 14, basierend auf den in 8 und 9 gezeigten Werten bei der Wellenlänge des Infrarotlaserstrahls berechnet wurden, die im Nah-Feld-Bereich 10600 nm ist (Wellenlänge: 10600 ± 10nm), die durchschnittliche Transmittanz gleich oder größer 99,6% und die Phasenverschiebung 44,4 ± 0,4° ist. Ferner wurde herausgefunden, dass, wenn die Transmittanz und die Phasenverschiebung jeder der der Transmissionsphasenverzögerungsfilme 13, 14 basierend auf den in 10 und 11 gezeigten Werten bei der Wellenlänge des Infrarotlaserstrahls berechnet wurden, 10600 nm ist, und der Einfallfallwinkel 45° ± 2° im Raum G ist, die durchschnittliche Transmittanz 99,65 + 1,0/-0,4% und die Phasenverschiebung 44,48 ± 1,5° war.
Es wurde aus diesen Ergebnissen herausgefunden, dass jeder der Transmissionsphasenverzögerungsfilme 13, 14, die in 4 und Tabelle 2 gezeigt sind, optische Eigenschaften, die in Tabelle 4 gezeigt sind, aufweisen, und die Transmittanz und die Transmissionsphasenverschiebung hiervon ausreichende Werte sind (die gleich oder größer einer Standardtransmittanz von 98,0% und eine Standardphasenverschiebung von 45 ± 3° sind), welche bezüglich des Infrarotlaserstrahls benötigt werden. Zusätzlich kennzeichnet der „Durchschnitt“ in der Tabelle einen Durchschnittswert der Transmittanz der s-Polarisation und der Transmittanz der p-Polarisation. Tabelle 4

Durchschnitt s-Polarisation p-Polarisation

Transmittanz (%) 99,65 99,69 99,61

Phasenverschiebung (°) 44,48
(Beispiel 2)
Optische Eigenschaften der optischen Komponente 1, die aus den Substratelementen 5, 6 mit den Transmissionsphasenverzögerungsfilmen 13, 14 hergestellt sind, wie in 4 und Tabelle 2 gezeigt, wurden untersucht.
Nachdem die optische Komponente 1 die Transmissionsphasenverzögerungsfilme 13, 14 mit der Phasenverschiebung von λ/8 und die Antireflexionsfilme 15, 16 aufweist, kann eine Versuchsberechnung einer Durchschnittstransmittanz der optischen Komponente 1 durch ein Produkt der Transmittanz des Antireflexionsfilms und der Transmittanz des Transmissionsphasenverzögerungsfilms hergestellt werden. Demnach, wenn die Transmittanz des Antireflexionsfilms 99,99% und die Transmittanz des Transmissionsphasenverzögerungsfilms 99,65% ist, wird (0,9999 x 0,9965)² = 0,993 erhalten, und die Transmittanz des Infrarotlaserstrahls in der optischen Komponente wird somit als 99,3% berechnet.
Auf der anderen Seite ist die Phasenverschiebung des Antireflexionsfilms 0, nachdem der Infrarotlaserstrahl orthogonal hierauf einfällt, und demnach hängt die Phasenverschiebung der optischen Komponente 1 lediglich vom Wert des Transmissionsphasenverzögerungsfilms ab. Deshalb wird die Phasenverschiebung der optischen Komponente 1 als 44,48 + 44,48 = 88,96° aus der Summe der Phasenverschiebungen der Transmissionsphasenverzögerungsfilme berechnet.
Es wurde untersucht, ob die optischen Eigenschaften deutlich durch die Beziehung zwischen einem Fehler eines Neigungswinkels der geneigten Fläche, der als eine Topographieherstellungsfehler in jeder der Substratelemente 5, 6 erachtet wurde, und der Verschiebung zwischen einem festgelegten Wert (45°) des Einfallwinkels (Austrittwinkels) am Transmissionsphasenverzögerungsfilm beeinflusst wurden.
Die Beziehung zwischen einer feinen Winkelveränderung Δθ₀ eines Brechungswinkels θ₀ des Infrarotlaserstrahls in Luft und einer feinen Winkelveränderung Δθλ eines Brechnungswinkels θλ im Substratkörper gemäß dem Snell's Gesetz wird ausgedrückt als: Δθ₀/Δθλ = ηλ · cosθλ/cosθ₀, und wird als 3,25 berechnet. Dann wird die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel der geneigten Fläche des Substratkörpers und dem Einfallswinkel (Austrittswinkel) im Raum G in 12 gezeigt.
Es wurde aus dem in 12 gezeigten Ergebnis herausgefunden, dass im Falle eines ausgelegten Wertes der Phasenverschiebung, die innerhalb von ±0,5% ist, eine optische Komponente mit ausreichend optischen Eigenschaften erhalten werden kann, durch, zum Beispiel, Festlegen des Neigungswinkels mit einer Genauigkeit, die innerhalb von ±0,2° eines ausgelegten Wertes des Neigungswinkels liegt, wenn der ausgelegte Wert auf 17,11° festgelegt wird.
(Beispiel 3)
Bei der optischen Komponente 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist der Raum G als das Luftmedium zwischen den Transmissionsphasenverzögerungsfilmen vorgesehen. Dann, wie in 5 gezeigt, war in einem Fall, wo eine Größe des Raums G gleich oder weniger als 1 mm war, und der Raum G als ein Luftfilm mit einem Brechnungsindex n = 1 angenommen wurde, wenn der Infrarotlaserstrahl aus dem Substratkörper 11 emittiert wurde und in den Substratkörper 12 einfiel, ein Einfluss auf die optischen Eigenschaften aufgrund einer Interferenz im Luftfilm zu erkennen.

Eine Durchschnittstransmittanz, eine Phasenverschiebung und Strahlverschiebung wurde in dem Fall festgestellt, wo die Größe des Raums G 0,05 mm, 0,1 mm, 0,5 mm oder 1 mm war, und der Infrarotlaserstrahl mit einer Wellenlänge von 10600 nm verwendet wurde. Tabelle 5 zeigt seine Ergebnisse: Tabelle 5

	Breite des Raums G [mm]				Durchschnittswert
	0,05	0,1	0,5	1	Durchschnittswert
Durchschnittstransmittanz	99,0067	99,2623	99,0716	99,0858	99,1068
Unterschied vom Durchschnittswert der Transmittanzen [%T]	0,1	0,156	0,035	0,021	-
Phasenverschiebung [%]	88,7376	88,8348	88,8143	88,6897	88,7691
Unterschied vom Durchschnittswert der Phasenverschiebungen [°]	0,0315	0,0657	0,0452	0,0794	-
Strahlverschiebung[mm]	0,033	0,066	0,331	0,661	-

Es wurde aus dem in Tabelle 5 gezeigten Ergebnis herausgefunden, dass je kleiner der Raum G ist, desto größer kann die Strahlversetzung bereitgestellt werden.
(Beispiel 4)
Der Transmissionsphasenverzögerungsfilm, der eine Phasenverschiebung von λ/4(90°) hat und aus 12 Lagen gefertigt ist, die in Tabelle 6 gezeigt sind, wurde ausgelegt, und eine Transmittanz und eine Phasenverschiebung zur Zeit der Verwendung des Infrarotlaserstrahls mit einer Wellenlänge von 10600 nm, wurden untersucht. Es ist anzumerken, dass als der Transmissionsphasenverzögerungsfilm ausgelegt wurden: Einer (Transmissionsphasenverzögerungsfilm A) mit Wichtigkeit bzgl. der Genauigkeit der Phasenverschiebung, einer (Transmissionsphasenverzögerungsfilm B) mit einer Wichtigkeit bzgl. der Höhe der Transmittanz, und einer (Transmissionsphasenverzögerungsfilm C) mit sowohl der Genauigkeit der Phasenverschiebung als auch der Höhe der Transmittanz in einer gut ausgewogenen Weise.
Tabelle 6 zeigt die Konfiguration des Transmissionsphasenverzögerungsfilms mit einer Phasenverschiebung von λ/4(90°) und aus 12 Lagen hergestellt, und die Transmittanz und die Phasenverschiebung zur Zeit der Verwendung des Infrarotlaserstrahls mit einer Wellenlänge von 10600 nm. Es ist anzumerken, dass in Tabelle 6, A einen (Transmissionsphasenverzögerungsfilm A) mit einer Wichtigkeit bzgl. einer Genauigkeit der Phasenverschiebung zeigt, B einen (Transmissionsphasenverzögerungsfilm B) mit einer Wichtigkeit bzgl. einer Höhe der Transmittanz zeigt, und C einen (Transmissionsphasenverzögerungsfilm C) zeigt, der sowohl die Genauigkeit der Phasenverschiebung als auch die Höhe der Transmittanz in einer gut ausgewogenen Weise aufweist.
Ferner kann eine optische Komponente mit einer gesamten Phasenverschiebung von 3λ/8 derart erhalten werden, dass ein Substratelement mit dem Transmissionsphasenverzögerungsfilm, der in Tabelle 2 gezeigt ist, und ein Substratelement mit dem Transmissionsphasenverzögerungsfilm, der in Tabelle 6 gezeigt ist, durch einen Raum angeordnet sein, der durch einen Abstandshalter bereitgestellt wird, und deren Elemente durch einen Halter gehalten werden.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Optische Komponente
11: Substratkörper
11a: Einfallfläche
11b: geneigte Fläche
11b1, 11b2: geneigte Fläche
12: Substratkörper
12a: Austrittsfläche
12b: Geneigte Fläche
12b1, 12b2: geneigte Fläche
13: Transmissionsphasenverzögerungsfilm
14: Transmissionsphasenverzögerungsfilm
15: Antireflexionsfilm
16: Antireflexionsfilm
17: Abstandshalter

Claims

Optische Komponente, die einen Infrarotlaserstrahl hindurch transmittieren lässt, um eine Polarisation des Infrarotlaserstrahls zu konvertieren, wobei die Komponente umfasst: einen ersten Substratkörper, der aus einem flachen Bauteil gefertigt ist, das den Infrarotlaserstrahl hindurch transmittieren lässt und einen Brechungsindex von 2 bis 4 bezüglich des Infrarotlaserstrahls aufweist, und der eine Eingabefläche aufweist, wo der Infrarotlaserstrahl einfällt, und eine geneigte Fläche, die in einem bestimmten Neigungswinkel zur Eingabefläche geneigt ist, einen zweiten Substratkörper, der aus einem flachen Bauteil gefertigt ist, und der eine Ausgabefläche, von der der Infrarotlaserstrahl austritt, und eine geneigte Fläche aufweist, die in einem bestimmten Neigungswinkel zur Ausgabefläche geneigt ist, einen Transmissionsphasenverzögerungsfilm, der an jedem des ersten und zweiten Substratkörpers ausgebildet ist, und eine Phase des Infrarotlaserstrahls verschiebt, und einen Antireflexionsfilm, der an jeder der Eingabefläche und der Ausgabefläche ausgebildet ist, und eine Reflexion des orthogonal einfallenden Infrarotlaserstrahls verhindert, wobei der Neigungswinkel der gleiche Winkel ist wie ein Brechungswinkel θ(λ) des Infrarotlaserstrahls im Substratkörper, der gemäß Formel (I) berechnet wird: $n (λ) \times sin θ (λ) = 1 \times sin (x)$
wobei λ eine Wellenlänge des Infrarotlaserstrahls kennzeichnet, n(λ) einen Brechungsindex des flachen Bauteils bezüglich des Infrarotlaserstrahls kennzeichnet, und x einen Einfallswinkel des Infrarotlaserstrahls kennzeichnet, und wobei eine Anordnung derart hergestellt ist, dass die Transmissionsphasenverzögerungsfilme, die an den geneigten Flächen vom entsprechenden ersten und zweiten Substratkörper ausgebildet sind, einander durch einen Raum gegenüberliegen, und die Eingabefläche und die Ausgabefläche parallel zueinander sind.
Optische Komponente gemäß Anspruch 1, bei der ein Abstandshalter, der aus einem wärmeleitfähigen Material gefertigt ist, zum Halten des Raums an der Umfangskante der geneigten Fläche des ersten und zweiten Substratkörpers vorgesehen ist.
Optische Komponente gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der der Einfallswinkel des Infrarotlaserstrahls 40° bis 60° ist.
Optische Komponente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der eine Phasenverschiebung A durch den Transmissionsphasenverzögerungsfilm, der an der geneigten Fläche des ersten Substratkörpers ausgebildet ist, und eine Phasenverschiebung B durch den Transmissionsphasenverzögerungsfilm, der an der geneigten Fläche des zweiten Substratkörpers ausgebildet ist, jeweils eine Hälfte einer Gesamtphasenverschiebung durch die optische Komponente ist.
Optische Komponente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der eine Phasenverschiebung A durch den Transmissionsphasenverzögerungsfilm, der an der geneigten Fläche des ersten Substratkörpers ausgebildet ist, und eine Phasenverschiebung B durch den Transmissionsphasenverzögerungsfilm, der an der geneigten Fläche des zweiten Substratkörpers ausgebildet ist, voneinander verschieden sind, und wobei eine Summe der Phasenverschiebung A und der Phasenverschiebung B die Gesamtphasenverschiebung durch die optische Komponente ist.
Optische Komponente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der ein Paar der geneigten Flächen, dessen Basiswinkel der Neigungswinkel ist und das im Querschnitt eine Gleichschenkel-Dreieckvorsprungsgestalt ausbildet, an sowohl dem ersten als auch dem zweiten Substratkörper periodisch vorgesehen ist.