DE10243839A1 - Verfahren und Schichtensystem zur breitbandigen Kompensation von Gruppenlaufzeiteffekten mit geringen Dispersionsoszillationen in optischen Systemen - Google Patents

Verfahren und Schichtensystem zur breitbandigen Kompensation von Gruppenlaufzeiteffekten mit geringen Dispersionsoszillationen in optischen Systemen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Schichtensystem zur breitbandigen Kompensation von Gruppenlaufzeiteffekten wie Dispersionsoszillationen in optischen Systemen mit dielektrischen Spiegeln. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zu entwickeln, mit denen die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und mit denen mittels gechirpter Spiegel eine Dispersionskompensation über eine große Bandbreite mit gleichzeitig geringen Dispersionsoszillationen erreicht werden können, wird dadurch gelöst, dass eine direkte Impedanzanpassung von einem Umgebungsmaterial auf einen Schichtenstapel durch Ausnutzung des Brewsterwinkels des Materials des die dielektrischen Spiegel bildenden Schichtsystems vorgenommen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Schichtensystem zur breitbandigen Kompensation von Gruppenlaufzeiteffekten mit gleichzeitg geringen Dispersionsoszillationen in optischen Systemen mit dielektrischen Spiegeln gemäß den Ansprüchen 1 und 5.
  • Der Einsatz von dielektrischen Spiegeln zum Ausgleichen von Gruppenlaufzeiteffekten in einem Laser ist bekannt. In frühen Kurzpuls-Farbstofflasersystemen wurde zum Beispiel ein parasitärer Effekt am Rande des hochreflektierenden Bereichs eines Spiegels mit konstanter Bragg-Wellenlänge ausgenutzt, um die Gruppenlaufzeitdispersion des Lasermaterials teilweise auszugleichen.
  • Weiterhin sind Beispiele für dispersionskompensierende Spiegel bekannt, die auf dem sog. Gires-Tournois-Interferometer basieren.
  • Diese bekannten Vorschläge erreichen aber keine großen Bandbreiten und sind auf Bandbreiten von wenigen Prozent der Mittenwellenlänge beschränkt.
  • Die ersten Beispiele für den Einsatz von Spiegeln, bei denen die Braggwellenlänge über den Schichtenstapel gezielt variiert wurden, um eine gewünschte Gruppenlaufzeit zu erzielen, sind in US 5734503 und F. Krausz et al. (Opt. Lett. 19, 201 (1994)) beschrieben. Bei diesen sogenannten gechirpten Spiegeln wird die optische Schichtdicke oder Bragg-Wellenlänge während des Aufbringens der Schichten variiert. Das heißt zum Beispiel, dass substratnahe Schichten optisch dicker sind, so dass sie langwelliges Licht hochreflektieren. Je näher man im Schichtenstapel zur Oberfläche kommt, desto kleiner wird die Bragg-Wellenlänge, und damit wird die Wellenlänge, die hohe Reflexion erfährt, immer kleiner. Dies führt dazu, dass kurze Wellenlängen, die nahe der Spiegeloberfläche reflektiert werden, eine kürzere Gruppenlaufzeit erfahren als lange Wellenlängen, die nahe dem Substrat reflektiert werden. Beispiele für den Einsatz solcher Spiegel in verschiedenartigen Lasersystemen sind z.B. A. Baltuska et al., Appl. Phys. B 65, 175 (1997); M. Nisoli et al. Opt. Lett. 22, 522 (1997).
  • Das in der US 5734503 beschriebene Verfahren ist nicht ohne weitere Maßnahmen einsatzfähig. Ein wesentliches Problem sind sogenannte Dispersionsoszillationen, also starke, spektral lokale Variationen der Gruppenlaufzeit um den Zielwert herum, wobei die über einen großen Wellenlängenbereich gemittelte Gruppenlaufzeit durchaus dem Zielwert entsprechen kann. Als zugrundliegendes Problem ist hierbei ein zusätzlicher Interferenzeffekt erkannt worden, der auf der Überlagerung einer teilweisen Reflexion an der Grenzschicht von Umgebungsmedium und Schichtenstapel und der hohen Reflexion innerhalb des Schichtenstapels beruhen. Die Kombination aus hochreflektierenden und teilreflektierenden Spiegeln ist als Gires-Tournois-Interferometer bekannt und führt zu periodischen Variationen der Gruppenlaufzeit als Funktion der Wellenzahl. Dieser Effekt überlagert sich mit dem Effekt des gechirpten Spiegelstapels und limitiert den direkten Einsatz des Spiegelstapels sehr stark und erfordert entsprechende Gegenmaßnahmen.
  • In dem Verfahren nach US 5734503 dient der gechirpte Schichtenstapel nur als Ausgangbasis für eine weitere Optimierung mittels eines Computeralgorithmus.
  • Die beschriebenen Anwendungen solcher Spiegel basieren daher auf der Qualität dieser Nachbehandlung, und ein solches Schichtsystem weist durchaus nicht mehr die simple funktionale Abhängigkeit der Bragg-Wellenlänge von der Schichtzahl des einfachen gechirpten Spiegels auf.
  • Ein weiterer Fortschritt wird dadurch erzielt, dass bereits im Design Maßnahmen zur Unterdrückung des störenden Oberflächenreflexes und dem daraus resultierenden Gires-Tournois-Interferometer getroffen werden.
  • In der sogenannten Double-Chirp-Methode (US Patent 6301049), wird auf den hochreflektierenden Schichtenstapel eine Antireflexschicht/Entspiegelung aufgebracht. Weiterhin wird in den ersten, der Grenzschicht zu Luft zugewandten Schichten zusätzlich das Tastverhältnis zwischen hoch- und niedrigbrechenden Schichten variiert.
  • Typischerweise ist die Entspiegelung so berechnet, dass sie den Reflex auf der ersten niedrigbrechenden Schicht des gechirpten Schichtenstapels unterdrückt. Diese erste Schicht ist nahezu eine halbe Braggwellenlänge dick, die darunter liegende hochbrechende Schicht hingegen ist sehr dünn. Die optischen Dicken beider Schichten zusammen ergeben jedoch wieder eine halbe Braggwellenlänge. Tiefer in den Schichtenstapel hinein wird nun das Tastverhältnis so verändert, dass sich langsam aber stetig schließlich identische optische Schichtdicken von einer viertel Braggwellenlänge ergeben. Letzteres wird als "Double-Chirping" bezeichnet, da in einem Bereich des Spiegelstapels sowohl die Bragg-Wellenlänge als auch das Tastverhältnis variiert werden. Der wesentliche Zweck der zusätzlichen Maßnahmen ist eine Impedanzanpassung innerhalb des Schichtenstapels (Double-Chirping) und zusätzlich vom Schichtenstapel zum umgebenden Material (Entspiegelung). Diese zweistufige Impedanzanpassung reduziert Dispersionsoszillationen bereits im ersten Design beträchtlich, wobei auch hier wiederum eine deutliche Verbesserung durch Computeroptimierung erreicht werden kann.
  • Trotz der vielfach demonstrierten Leistungsfähigkeit der Double-Chirp-Technik, gibt es auch hier Grenzen, die hauptsächlich durch die in das Design integrierte Antireflexbeschichtung zustande kommen.
  • Zunächst sind diese Schichten natürlich zusätzlich erforderlich, was die Gesamtdicke des Schichtenstapels erhöht, oder aber sie werden von den für den eigentlichen gechirpten Spiegelstapel verwendbare Schichten abgezogen.
  • Weiterhin ist die Qualität gerade der Schichten in der Entspiegelung extrem kritisch. Unter Umständen können Abweichungen der Schichtdicke vom Soll von wenigen Ångström bereits wieder untolerierbar hohe Dispersionsoszillationen hervorrufen. Schließlich hat sich erwiesen, dass bei bestimmten Anforderungen an die Restreflexion einer Entspiegelung nur eine durch die vorgegebenen Materialien bestimmte Bandbreite erreichbar ist. Für gängige Beschichtungsmaterialien (SiO2 und TiO2) liegt dies bei der für den Double-Chirp-Ansatz erforderlichen Restreflexion von 10–4 etwa bei 300 nm Bandbreite (bei 800 nm Mittenwellenlänge). Daher kann man mit der Double-Chirp Technik keine Schichtensysteme herstellen, die eine Bandbreite von einer Oktave oder mehr haben und gleichzeitig geringe Dispersionsoszillationen aufweisen.
  • Ein bekannter Ausweg ist die Verwendung von speziell aufeinander angepassten Spiegelpaaren, die gegeneinander verschobene Dispersionsoszillationen aufweisen (siehe z.B. V. Laude und P. Tournois, Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO' 99) , CTuR4, (1999) , F. X. Kärtner et al . JOSA B 18, 882 (2001)).
  • Dieses Verfahren erhöht jedoch den Aufwand auf das Doppelte, da immer zwei unterschiedliche und genau aufeinander angepasste Spiegel hergestellt werden müssen. Zudem sind solche Schichtensysteme noch sensibler gegenüber Wachstumsfehlern, da sich ja auch die Fehler beider Spiegel des Paares wieder genau ausgleichen müssen.
  • Als weiterer Weg wurde vorgeschlagen, als Umgebungsmedium eines der Schichtenmaterialien statt Luft zu nehmen und damit die Notwendigkeit für die Antireflexschicht komplett zu beseitigen (US Patent 6256434).
  • Störende Interferenzen an der Grenzschicht zum Medium können dann prinzipiell nicht mehr auftreten, und innerhalb des Stapels kann wiederum eine Variation des Tastverhältnisses erfolgen, um auch hier eine adiabatische Anpassung der Impedanz zu erreichen.
  • Technisch erfolgt der notwendige Durchgang durch das Substrat dadurch, dass entweder die Schicht in rückwärtiger Reihenfolge direkt auf das Substrat gebracht wird, oder aber auf einen Träger, auf den dann das eigentliche Substrat aufgeklebt oder optisch kontaktiert wird.
  • Es ist in jedem Falle erstrebenswert, dass das Substrat möglichst dünn ausgeführt wird, da gechirpte Spiegelsysteme nur relativ wenig Materialdispersion ausgleichen können (max. ca. 1 mm). Wenn das Schichtsystem später noch Nettomaterialdispersion ausgleichen soll, sind Substratdicken von wenigen hundert Mikrometern erforderlich. Zudem muss das Substrat so geformt sein, dass von seiner zweiten, der Beschichtung gegenüberliegenden Oberfläche, keine Interferenz mit der im Spiegelstapel reflektierten Strahlung erfolgen kann. Dies kann durch unterschiedliche Krümmungsradien oder geeignete Keilung der Substrate erreicht werden. Genauere technische Informationen können Matuschek et al., Appl. Phys. B 71, 614 (2000) und G. Tempea et al. JOSA B 18, 1747 (2001) entnommen werden.
  • In jedem Falle ist dieser Ansatz mechanisch sehr viel aufwendiger als die oben dargelegten ersten Varianten gechirpter Spiegel, auch wenn sich prinzipiell höhere Bandbreiten erreichen lassen.
  • Einige Probleme ergeben sich durch Verformungen der dünnen Substrate durch die extrem hohen Scherkräfte gesputterter dielektrischer Beschichtungen mit hohen Schichtzahlen, durch die Zerstörschwelle von optischen Kitten im Strahlengang und durch die relativ hohen Verluste dieser Spiegel.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren und ein Schichtensystem zu entwickeln, mit denen die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und mit denen mittels gechirpter Spiegel eine Dispersionskompensation über eine große Bandbreite von mindestens einer Oktave und gleichzeitig geringen Dispersionsoszillationen ohne hohen Aufwand erreicht werden können.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Schichtensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
  • Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine direkte Impedanzanpassung von einem Umgebungsmaterial auf einen Schichtenstapel durch Ausnutzung der Brewsterwinkel der Materialien des die dielektrischen Spiegel bildenden Schichtensystems vorgenommen wird.
  • Das Schichtensystem nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Trägersubstrat aus einem beliebigen Material mit mindestens einer optisch polierten Oberfläche ein System von transparenten dielektrischen Schichten mit abwechselnd niedrigem und hohem oder hohem und niedrigem Brechungs-Index in variierten Dicken so aufgebracht ist, dass sich eine Abhängigkeit der Eindringtiefe der elektromagnetischen Strahlung von der Wellenlänge ergibt, wobei ein umgebendes Medium einen geringeren Brechungs-Index als die beiden Schichtmaterialien aufweist, und wobei das Schichtensystem im Brewster-Winkel, bezogen auf den Brechungsindex der obersten Schicht, mit einem p-polarisierten Strahl beleuchtet ist.
  • Mit der Erfindung wird ein Verfahren beschrieben, das es erlaubt, die spektrale Abhängigkeit von Gruppenlaufzeiteffekten in einem optischen System zu manipulieren und unerwünschte Effekte anderer Bauelemente in diesem System zu kompensieren.
  • Das hierzu verwendete Schichtensystem besteht aus einem optischen Spiegelsubstrat, das mit einem System von alternierenden transparenten dielektrischen Schichten unterschiedlicher Brechungsindices beschichtet ist. Die Schichtdicken werden in dem Stapel so variiert, dass sich eine Abhängigkeit der Eindringtiefe der elektromagnetischen Strahlung von der Wellenlänge ergibt.
  • Das Schichtensystem fungiert als hochreflektierender Spiegel und wird in unmittelbarer Nähe des Brewster-Einfallwinkels mit p-polarisierter elektromagnetischer Strahlung betrieben.
  • Dieses spezielle Schichtensystem unterdrückt störende Interferenzen zwischen dem Schichtenstapel und dem Reflex an der Grenzschicht zu dem umgebenden Medium. Die sich ergebende Gruppenlaufzeit als Funktion der Wellenlänge weist daher ein geringeres Maß an Abweichungen von einer vorgegebenen Gruppenlaufzeit und/oder eine größere Bandbreite auf als bisher bekannte Methoden zur Dispersionskompensation mit dielektrischen Spiegeln.
  • Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in zwei Ausführungsbeispielen eines Schichtensystems näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
  • 1 die schematische Darstellung einer ersten Schichtenstruktur nach der Erfindung und der Brewster-Winkelanpassung auf die Niedrigindex-Schicht,
  • 2 die grafische Darstellung der Schichtdickenverteilung von niedrig- und hochbrechenden Schichten nach 1, wobei die Numerierung der Schichten vom umgebenden Medium (Schicht Nr. 0) zum Substrat erfolgt, niedrigbrechende Schichten durch helle Balken symbolisiert sind und hochbrechende durch dunkle Balken,
  • 3 computeroptimierte Schichtenverteilung basierend auf der Schichtdickenverteilung von 2,
  • 4 spektraler Reflektivitätsverlauf der in 2 (gestrichelt) und 3 (durchgezogen) gezeigten Schichtdickenverteilungen bei Orientierung unter dem Brewsterwinkel von 56,6 Grad entsprechend dem Brechungsindex der niedrigbrechenden obersten Schicht gemäß 1,
  • 5 : Gruppenverzögerungszeit für das im Schichtensystem aus 2 (gestrichelt) und 3 (durchgezogen) reflektierte Licht bei Einfall unter dem Brewsterwinkel von 56,6 Grad,
  • 6 : Gruppenverzögerungsdispersion für das im Schichtensystem aus 2 (gestrichelt) und 3 (durchgezogen) reflektierte Licht bei Einfall unter dem Brewsterwinkel von 56,6 Grad,
  • 7 : Gruppenverzögerungszeit für das im Schichtensystem aus 2 reflektierte Licht bei normalem Einfall unter 0 Grad,
  • 8 : Gruppenverzögerungsdispersion für das im Schichtensystem aus 2 reflektierte Licht bei normalem Einfall unter 0 Grad,
  • 9 : die schematische Darstellung einer zweiten Schichtenstruktur nach der Erfindung und der Brewster-Winkelanpassung auf die hochbrechende Schicht,
  • 10 : die grafische Darstellung der Schichtdickenverteilung von niedrig- und hochbrechenden Schichten nach 9, niedrigbrechende Schichten sind durch helle Balken symbolisiert, hochbrechende durch dunkle Balken,
  • 11: spektraler Reflektivitätsverlauf der in 10 gezeigten Schichtdickenverteilungen bei Orientierung unter dem Brewsterwinkel von 66,8 Grad entsprechend dem Brechungsindex der hoch brechenden obersten Schicht gemäß 9,
  • 12 : Gruppenverzögerungszeit für das im Schichtensystem aus 10 reflektierte Licht bei Einfall unter dem Brewsterwinkel von 66,8 Grad,
  • 13 : Gruppenverzögerungsdispersion für das im Schichtensystem aus 10 reflektierte Licht bei Einfall unter dem Brewsterwinkel von 66,8 Grad und
  • 14 : die grafische Darstellung der Streuung der Gruppenverzögerungsdispersion im Wellenlängenbereich 400 nm bis 800 nm als Funktion des Einfallswinkels für das Schichtensystem aus 2.
  • Die Erfindung eröffnet einen Weg, mittels gechirpter Spiegel gleichzeitig eine Dispersionskompensation über eine große Bandbreite und geringe Dispersionsoszillationen zu erreichen.
  • Erfindungswesentlich ist es, dass die Impedanzstoßstelle beim Übergang auf das umgebende Medium auch dann vermieden wird, wenn der Spiegel unter dem sogenannten Brewster-Winkel orientiert wird und das umgebende Material Luft, Vakuum oder ein anderes Material mit Brechungsindex von ungefähr 1.0 ist.
  • Entsprechend muss dann ausschließlich p-Polarisation verwendet werden. Der Brewster-Winkel ΘB = arctan(n) ist dabei zweckmäßigerweise für den Brechungsindex n einer der verwendeten Schichtmaterialien einzustellen.
  • Wenn der Impedanzübergang auf eines der beiden Schichtmaterialien erfolgt ist, kann innerhalb des Schichtenstapels durch Variation des Tastverhältnisses eine nahezu ideale Impedanzanpassung erfolgen.
  • Weiterhin ist eine möglichst breitbandige Entspiegelung durch Orientierung unter dem Brewster-Winkel für niedrigdispersive/niedrigbrechende Materialien einfacher, daher ist einer Orientierung des Spiegels unter dem Brewster-Winkel für das niedrigbrechende Material der Vorzug zu geben.
  • In der 1 ist eine erste Schichtenstruktur nach der Erfindung schematisch dargestellt.
  • Für das typischerweise in Beschichtungsanlagen verwendete niedrigbrechende Material SiO2 ergeben sich je nach Depositionsverfahren Brechungsindices im Bereich n = 1.45 bis 1.55; daher sollte der Spiegel, bestehend aus einem Substrat 1 und einer Folge von in ihrer Dicke variierten niedrigbrechenden Schichten 2 mit einem Brechungsindex nLO und hochbrechenden Schichten 3, ideal unter einem Brewsterwinkel ΘB = arctan (nLO) von 56.5±1° orientiert werden (Winkel zwischen der Oberflächennormale 7 des Spiegels zum einfallenden Strahl 4).
  • Das elektrische Feld des einfallenden Strahls 4 ist p-polarisiert entsprechend der Pfeildarstellung 8. Der gestrichelt gezeichnete Pfeil zeigt den am Brewsterwinkel ΘB unterdrückten direkt reflektierten Strahl 5. An der ersten hochbrechenden Schicht 3 sind zwei interferierende Teilreflexe 6 von der Vorder- und Rückseite dieser Schicht 3 gezeigt. Das die Schichtstruktur (Spiegel) umgebende Medium ist Luft mit dem Brechungsindex n ~ 1.
  • Die 2 zeigt in einer grafischen Darstellung eine Schichtenstruktur, die in Reflexion eine spektral nahezu konstante Gruppenverzögerungsdispersion aufweist, entsprechend der in 1 beschriebenen Situation bei Einstrahlung von p-polarisierter elektromagnetischer Strahlung unter dem Brewsterwinkel ΘB = 56,6 Grad für die niedrigbrechende Schicht 2. Die Gesamtdicke des gezeigten Schichtensystems aus 120 Schichten beträgt 10 Mikrometer.
  • Die 3 zeigt ein nochmals durch Computeroptimierung verbessertes Schichtensystem, das aus dem Schichtensystem in 2 abgeleitet wurde. In beiden Fällen ergibt sich eine Reflektivität von weit mehr als 99% über den gesamten gezeigten Wellenlängenbereich (4).
  • Durch die Computeroptimierung konnte die Reflektivität insbesondere im langwelligen Bereich deutlich erhöht werden. Es ergibt sich zudem eine nahezu ideale Unterdrückung des Frontreflexes und dadurch ein glatter spektraler Verlauf der Gruppenverzögerung (5). Das Schichtensystem liefert in Reflexion eine mittlere Gruppenlaufzeitdispersion von etwa 40 fs2 mit geringen Dispersionsoszillationen.
  • Wie in 6 dargestellt, beträgt die Amplitude der Dispersionsoszillationen ca. 30 fs2 (mittlere quadratische Abweichung) im unoptimierten Fall aus 2 bzw. weniger als 10 fs2 für das optimierte Schichtsystem aus 3.
  • Das Schichtensystem liefert eine mittlere Dispersion von -40 fs2 über einen oktavspannenden Spektralbereich von beispielsweise 400 nm – 800 nm (6).
  • Betreibt man das Schichtsystem aus 2 nicht unter dem Brewsterwinkel, sondern unter 0 Grad Einfallswinkel, so ergeben sich sehr starke Dispersionsoszillationen. Die Gruppenverzögerung weist bereits sehr starke spektrale Variationen auf (7). Die Gruppenverzögerungsdispersion zeigt sehr starke spektral Oszillationen mit einer Amplitude von mehr als 1000 fs2 (mittlere quadratische Abweichung). Durch Brewsterorientierung werden also in diesem Fall die Dispersionsoszillationen um ca. einen Faktor 30 bis 100 reduziert, ohne dass weitere Schichten zur Impedanzanpassung erforderlich wären.
  • Mit leichten Einbußen lässt sich dieses Verfahren auch für das hochbrechende Material 3 entsprechend der Darstellung in 4 einsetzen. Hier werden als Materialien häufig TiO2 oder Ta2O5 eingesetzt, die Brechungsindices liegen im Bereich 2 bis 2.5, was Einfallswinkeln (Brewsterwinkeln) von ΘB = 65.5±2.5° entspricht.
  • Aus den 10 bis 13 ergibt sich, dass bei einer Brewsterwinkelanpassung auf die hochbrechende Schicht 3 von ΘB = 66, 8 ° wesentlich schlechtere Kompensationsergebnisse erzielbar sind. Dies lässt sich auch durch eine Computeroptimierung nicht vollständig ausgleichen.
  • Zu favorisieren ist daher in jedem Fall eine Anordnung unter dem Brewster-Winkel für das niedrigbrechende Material 2.
  • In der 14 ist zusammenfassend gezeigt, welchen Einfluss der Eingangswinkel bei der Einstrahlung der elektromagnetischen Strahlung auf die sich ergebenden Dispersionsoszillationen hat.
  • Die Streuung ist als mittlere quadratische Abweichung von einem konstanten Dispersionswert berechnet und beziffert die Stärke der Dispersionsoszillationen.
  • Hierzu wurden weitere Berechnung der Gruppenlaufzeitdispersion des in 2 gezeigten Schichtensystems für eine Reihe verschiedener Eingangswinkel durchgeführt.
  • Die geringste Dispersionsoszillationsamplitude ergibt sich in der unmittelbaren Nähe des Brewsterwinkels ΘB=56.6° des verwendeten Materials für die Frontschicht. Sowohl zu höheren als auch niedrigeren Eingangswinkeln steigt die Dispersionsoszillationsamplitude abrupt an.
  • Bei einer Einstrahlung unter normaler Inzidenz (vergleiche 9) wird keine Kompensation/Unterdrückung des Frontreflexes erzielt (4 % Restreflektivität) und die Dispersionsoszillationen erreichen Werte von ca. 1000 fs2 rms.
    • 1
    Substrat
    2
    Niedrigbrechende Schicht
    3
    Hochbrechende Schicht
    4
    Eingangsstrahl
    5
    Direkt reflektierter Strahl
    6
    Interferierte Teilreflexe
    7
    Oberflächennormale
    8
    E-Feld-Polarisation
    ΘB
    Brewsterwinkel

Claims (11)

  1. Verfahren zur breitbandigen Kompensation von Gruppenlaufzeiteffekten wie Dispersionsoszillationen in optischen Systemen mit dielektrischen Spiegeln, dadurch gekennzeichnet, dass eine direkte Impedanzanpassung von einem Umgebungsmaterial auf einen Schichtenstapel durch Ausnutzung des Brewsterwinkels (ΘB ) des Materials (2,3) des die dielektrischen Spiegel bildenden Schichtensystems vorgenommen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches Spiegelsubstrat (1) mit einem System von transparenten dielektrischen Schichten (2,3) unterschiedlicher Brechungsindices und variierter Schichtdicken alternierend so beschichtet wird, dass sich eine Abhängigkeit der Eindringtiefe von elektromagnetischer Strahlung von der Wellenlänge ergibt, wobei die elektromagnetische Strahlung mit p-Polarisation in unmittelbarer Nähe des Brewster-Einfallswinkels (ΘB ) bezüglich eines der Schichtenmaterialien eingestrahlt wird.
  3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung der Einstrahlung unter dem Brewster-Einfallswinkel (ΘB ) des niedrigbrechenden Materials (2) (Niedrigindex-Schicht) vorgenommen wird.
  4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung der Einstrahlung unter dem Brewster-Einfallswinkel (ΘB ) des hochbrechenden Materials (3) (Hochindex-Schicht) vorgenommen wird.
  5. Schichtensystem zur breitbandigen Kompensation von Gruppenlaufzeiteffekten wie Dispersionsoszillationen in optischen Systemen mit dielektrischen Spiegeln, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Trägersubstrat (1) aus einem beliebigen Material mit mindestens einer optisch polierten Oberfläche ein System von dielektrischen Schichten (2,3) mit abwechselnd niedrigem und hohem oder hohem und niedrigem Brechungs-Index mit variierten Dicken aufgebracht ist, wobei ein umgebendes Medium einen geringeren Brechungs-Index als die beiden alternierend aufgebrachten Schichtmaterialien (2,3) aufweist, und wobei ein eintreffender elektromagnetischer Strahl im Brewsterwinkel (ΘB ), bezogen auf den Brechungsindex der obersten Schicht des Schichtensystems, orientiert ist.
  6. Schichtensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung des Strahls mit einem beliebigen Winkel im Bereich zwischen den Brewster-Winkeln (ΘB = arctan(ni)) aller im Schichtenstapel verwendeten Materialien mit Brechungsindex ni erfolgt ist.
  7. Schichtensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung des Strahls mit einem Winkel innerhalb von 5 Grad Abweichung von den Brewster-Winkeln arctan(ni) aller im Schichtenstapel verwendeten Materialien mit entsprechendem Brechungsindex ni erfolgt ist.
  8. Schichtensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass statt eines transparenten Dielektrikums ein Material mit nichtvernachlässigbarer Absorption oder ein Halbleitermaterial verwendet wird.
  9. Schichtensystem nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation von größeren spektralen Gruppenlaufzeitdifferenzen mehrere Schichtensysteme zusammengeschaltet sind.
  10. Schichtensystem nach den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kombination mit anderen Elementen zur Kompensation von spektralen Gruppenlaufzeitdifferenzen zusammengebracht ist.
  11. Schichtensystem nach den Ansprüchen 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtensystem in Lasern zur Erzeugung von Femtosekundenpulsen, insbesondere zur Kompression von extrem breitbandigen Kontinuumsspektren von mehr als einer halben optischen Oktave Bandbreite, unabhängig von der Art der Erzeugung dieser Kontinuumsspektren, eingesetzt ist.
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