DE112008003796T5

DE112008003796T5 - Strahlteiler mit Versatzkompensation

Info

Publication number: DE112008003796T5
Application number: DE112008003796T
Authority: DE
Inventors: Huei Pei Palo Alto Kuo; Shih-Yuan Palo Alto Wang; Michael Renne Ty Palo Alto Tan; Sagi Palo Alto Mathai
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Enterprise Development LP
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2008-04-04
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2028-04-05
Also published as: CN101981475B; CN101981475A; WO2009123596A1; US8174769B2; KR20100133406A; US20110019285A1; KR101434236B1; DE112008003796B4; JP2011516917A; JP5199455B2

Abstract

Ein Strahlteiler, der folgende Merkmale aufweist:
eine Platte mit zwei etwa parallelen und gegenüberliegenden planaren Oberflächen und einer teilweise reflektierenden Schicht, die zumindest eine der planaren Oberflächen bedeckt;
ein erstes Befestigungssystem, das konfiguriert ist, um die Platte zu tragen und zu positionieren;
eine Kompensatorplatte mit zwei etwa parallelen und gegenüberliegenden planaren Oberflächen; und
ein zweites Befestigungssystem, das konfiguriert ist, um die Kompensatorplatte zu tragen und zu positionieren, wobei zumindest eines des ersten Befestigungssystems und des zweiten Befestigungssystems die Platte und die Kompensatorplatte so positioniert, dass ein einfallender Lichtstrahl, der durch die Kompensatorplatte läuft, einen ersten Strahlversatz erhält, und der einfallende Lichtstrahl mit dem ersten Strahlversatz, der durch die Platte läuft, durch die teilweise reflektierende Schicht in einen reflektierten Lichtstrahl und einen durchgelassenen Lichtstrahl aufgeteilt wird, wobei der durchgelassene Lichtstrahl einen zweiten Strahlversatz aufweist, der den ersten Strahlversatz im Wesentlichen aufhebt, derart, dass der durchgelassene Lichtstrahl etwa...

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind auf optische Bauelemente gerichtet und insbesondere auf Strahlteiler, die Versatzkompensationsplatten beinhalten.
Hintergrund
Ein Strahlteiler ist ein optisches Bauelement, das einen Lichtstrahl in zwei oder mehr unterschiedliche Lichtstrahlen trennt. Strahlteiler besitzen eine Vielzahl unterschiedlicher und nützlicher Anwendungen. Strahlteiler können beispielsweise in Kameras und Projektoren verwendet werden und können in der Interferometrie eingesetzt werden, um nur einige Gebiete zu nennen. Die 1A–1B zeigen schematische Darstellungen zweier Typen häufig verwendeter Strahlteiler. 1A zeigt eine Draufsicht und eine isometrische Ansicht eines Würfelstrahlteilers 100. Der Würfelstrahlteiler 100 umfasst ein erstes dreieckiges Prisma 102 und ein zweites dreieckiges Prisma 104. Die Hypotenusenoberflächen der Prismen 102 und 104 sind parallel und planar gemacht und sind mit einer Schicht aus einem teilweise reflektierenden Material 106, wie z. B. Silber oder Aluminium, beschichtet. Die Hypotenusen der Prismen 102 und 104 können mit einem Haftmittel mit im Wesentlichen dem gleichen Brechungsindex wie die Prismen 102 und 104 verklebt sein. Die Dicke der Schicht 106 kann angepasst werden, um ein Durchlassen und Reflektieren erwünschter Bruchteile von Licht zu ermöglichen. Wie in 1 gezeigt ist, tritt ein einfallender Lichtstrahl 108 im Wesentlichen senkrecht zu einer planaren Oberfläche in den Würfelstrahlteiler 100 ein. Die Schicht 106 spaltet den einfallenden Strahl 108 in einen durchgelassenen Strahl 110, der in der gleichen Richtung wie der einfallende Strahl 108 aus dem Würfelstrahlteiler 100 austritt, und einen reflektierten Strahl 112, der im Wesentlichen senkrecht zu dem einfallenden Strahl 108 aus dem Würfelstrahlteiler 100 austritt.
1B zeigt eine Seitenansicht eines Plattenstrahlteilers 120. Der Plattenstrahlteiler 120 umfasst eine einzelne Platte 122 aus Glas, wobei eine Oberfläche der Platte 122 mit einer teilweise reflektierenden Schicht 124 beschichtet ist, und die gegenüberliegende Oberfläche kann mit einer antireflektierenden Schicht beschichtet sein. Wie in 1B gezeigt ist, ist die Platte 122 in 45° zu einem einfallenden Lichtstrahl 126 ausgerichtet. Die Schicht 124 reflektiert einen ersten Teil des einfallenden Strahls 126, um einen reflektierten Strahl 128 zu erzeugen, der im Wesentlichen senkrecht zu dem einfallenden Strahl 126 ist. Ein zweiter Teil des einfallenden Strahls 126 tritt in die Platte 126 ein und erzeugt einen gebrochenen Strahl 130, der auf ein Austreten aus der Platte 122 hin gebrochen wird, um einen durchgelassenen Strahl 132 zu ergeben, der im Wesentlichen parallel zu dem einfallenden Strahl 126 ausgerichtet ist. Aufgrund der Brechung des Strahls, der in die Platte 120 eintritt, wird der Weg des durchgelassenen Strahls 132 unter den Weg des einfallenden Strahls 126 verschoben, was „Strahlversatz” genannt wird. Der Betrag des Strahlversatzes ist proportional zu der Dicke der Platte 122.
Obwohl die Strahlteiler 100 und 120 in einer Anzahl unterschiedlicher Bauelemente erfolgreich eingesetzt werden, besitzen diese eine Anzahl von Nachteilen. Würfelstrahlteiler sind z. B. üblicherweise voluminös und deshalb schwer in kleine optische Bauelemente einzusetzen, während der Plattenstrahlteiler typischerweise die Verwendung einer sehr dünnen Glas- oder Acrylplatte 122 erforderlich macht, um den Strahlversatz zu reduzieren. Eine sehr dünne Platte 122 jedoch kann zerbrechlich sein und erfordert eine komplizierte Herstellungsverarbeitung. Entsprechend sind Strahlteiler erwünscht, die nicht so voluminös sind und keinen wesentlichen Strahlversatz aufweisen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1A zeigt eine Draufsicht und eine isometrische Ansicht eines Würfelstrahlteilers.
1B zeigt eine Seitenansicht eines Plattenstrahlteilers.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Strahlteilers, der gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist.
3 zeigt eine Seitenansicht eines zweiten Strahlteilers, der gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist.
4A zeigt divergente Strahlen, die aus einer Kompensatorplatte austreten.
4B zeigt konvergente Strahlen, die aus einer Kompensatorplatte austreten.
4C zeigt einen Strahlteiler mit einer abgestuften Kompensatorplatte, die Strahlen außerhalb der Achse, die auf eine Strahlteilerplatte einfallen, korrigiert, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine isometrische Ansicht einer ersten kreisförmigen abgestuften Kompensatorplatte, die gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist.
6 zeigt eine isometrische Ansicht einer zweiten kreisförmigen abgestuften Kompensatorplatte, die gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist.
7 zeigt eine Draufsicht einer kreisförmigen defektbasierten abgestuften Kompensatorplatte, die gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist.
8 zeigt eine Darstellung, die die allgemeine Beziehung zwischen der Konzentration von Defekten und einem entsprechenden Brechungsindex defektbasierter abgestufter Kompensatorplatten, die gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert sind, darstellt.
9 zeigt eine isometrische Ansicht einer kreisförmigen nanodrahtbasierten abgestuften Kompensatorplatte, die gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist.
10 zeigt eine Darstellung, die die allgemeine Beziehung zwischen der Konzentration von Nanodrähten und einem entsprechenden Brechungsindex nanodrahtbasierter abgestufter Kompensatorplatten, die gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert sind, darstellt.
11 zeigt eine isometrische Ansicht einer fünften kreisförmigen abgestuften Kompensatorplatte, die gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist.
12 zeigt eine isometrische Ansicht einer sechsten kreisförmigen radial abgestuften Kompensatorplatte, die gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist.
13 zeigt einen Strahlteiler mit antireflektierenden Beschichtungen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind auf Strahlteiler gerichtet, die optische Elemente zur Korrektur eines Strahlversatzes umfassen. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Strahlteilers 200, der gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist. Der Strahlteiler 200 umfasst eine Kompensatorplatte 202, einen Plattenstrahlteiler 204, einen ersten Lichtleiter 206, der die Kompensatorplatte 202 teilweise trägt, und einen zweiten Lichtleiter 208, der den Plattenstrahlteiler 204 teilweise trägt. Die Lichtleiter 206 und 208 können Hohlwellenleiter sein, die aus einem Metall, Glas oder einem anderen geeigneten Material bestehen, oder die Lichtleiter können aus einem geeigneten massiven dielektrischen Material bestehen. Der Plattenstrahlteiler 204 umfasst eine Platte 210 und eine teilweise reflektierende Schicht 212, die eine Oberfläche der Platte 210 bedeckt. Die Kompensatorplatte 202 und die Platte 210 sind in etwa 90° zueinander positioniert. Die teilweise reflektierende Schicht 212 kann aus Silber, Aluminium oder einem anderen geeigneten Material bestehen, wobei die Dicke der Spiegelschicht 212 gemäß der Menge an Licht, die reflektiert werden soll, ausgewählt werden kann, oder die teilweise reflektierende Schicht 212 kann ein mehrschichtiges Dielektrikum sein. Obwohl die Platten 202 und 210 von der Seite gezeigt sind, können die Platten 202 und 210 kreisförmig, elliptisch, quadratisch, rechteckig sein oder eine beliebige andere geeignete Form besitzen und die Platten 202 und 210 können aus Glas, Acryl oder einem anderen geeigneten Material bestehen.
Ein Strahl, der durch einen gerichteten Pfeil dargestellt ist, wird in den beiliegenden Zeichnungen verwendet, um die Flussrichtung einer Lichtausbreitung durch freien Raum oder optische Systeme darzustellen. Ein Lichtstrahl wird in der Richtung eines Strahls 214 entlang des Lichtleiters 206 in den Strahlteiler 200 eingeführt. Der Lichtstrahl tritt in die Kompensatorplatte 202 ein und wird in eine Richtung, die durch einen Strahl 216 dargestellt ist, gebogen. Der Lichtstrahl wird auf ein Austreten aus der Kompensatorplatte 202 hin wieder in eine Richtung, die durch einen Strahl 218 dargestellt ist, gebogen. Die teilweise reflektierende Schicht 212 teilt den Lichtstrahl, der aus der Kompensatorplatte 202 austritt, in einen ersten Lichtstrahl und einen zweiten Lichtstrahl auf. Ein Strahl 220 stellt den Weg des ersten Lichtstrahls, der im Wesentlichen senkrecht zu dem Strahl 218 reflektiert wird, dar und ein Strahl 222 stellt den Weg dar, den der zweite Lichtstrahl durch die Platte 210 einschlägt. Der zweite Lichtstrahl tritt in der Richtung eines Strahls 224 aus der Platte 210 aus. Wie in 2 gezeigt ist, führt die Kompensatorplatte 202 einen ersten Strahlversatz, der durch Δ₁ (n₁, α₁, T₁) bezeichnet ist, ein, wobei n₁ der Brechungsindex der Kompensatorplatte ist, α₁ der Einfallswinkel ist und T₁ die Dicke der Kompensatorplatte 202 ist. Die Platte 212 führt ebenso einen zweiten Strahlversatz Δ₂ (n₂, α₂, T₂) ein, wobei n₂ der Brechungsindex der Kompensatorplatte ist, α₂ der Einfallswinkel ist und T₂ die Dicke der Platte 202 ist. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind auf ein derartiges Konfigurieren des Strahlteilers 200, dass der erste Strahlversatz, der durch die Kompensatorplatte 202 eingeführt wird, im Wesentlichen den zweiten Strahlversatz, der durch die Platte 210 eingeführt wird, aufhebt (d. h. Δ₂ ≈ –Δ₁), gerichtet.
3 zeigt eine Seitenansicht eines zweiten Strahlteilers 300, der gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist. Wie in 3 gezeigt ist, ist der Strahlteiler 300 nahezu identisch zu dem ersten Strahlteiler 200, mit der Ausnahme, dass die Kompensatorplatte 202 auf einer Oberfläche mit einer teilweise reflektierenden Schicht 302 beschichtet ist. Der Lichtleiter 206, der in 2 gezeigt ist, wurde durch einen Lichtleiter 304 ersetzt, der konfiguriert ist, um zu ermöglichen, dass ein Lichtstrahl, der von der teilweise reflektierenden Schicht 302 abreflektiert wird, ohne Hinderung durchlaufen kann.
Ein Lichtstrahl wird in der Richtung eines Strahls 214 entlang des Lichtleiters 304 in den Strahlteiler 300 eingeführt und wird durch die teilweise reflektierende Schicht 302 in einen ersten Lichtstrahl und einen zweiten Lichtstrahl aufgeteilt. Ein Strahl 306 stellt die Richtung des ersten Lichtstrahls, der von der teilweise reflektierenden Schicht 302 im Wesentlichen senkrecht zu dem Strahl 214 abreflektiert wurde, dar und ein Strahl 308 stellt die Richtung des zweiten Lichtstrahls, der auf ein Eintreten in die Platte 202 hin gebogen wird, dar. Der zweite Lichtstrahl wird auf ein Austreten aus der Kompensatorplatte 202 hin wieder in eine durch einen Strahl 310 dargestellte Richtung gebogen. Der Plattenstrahlteiler 204 teilt den zweiten Lichtstrahl in der gleichen Weise auf, die oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurde. Die Kompensatorplatte 202 führt den gleichen ersten Strahlversatz ein, der den zweiten Strahlversatz, der durch die Platte 210 eingeführt wird, im Wesentlichen aufhebt.
Idealerweise fällt der einfallende Lichtstrahl mit einem 45°-Einfallswinkel auf die Kompensatorplatte 202 ein. Wenn die Dicken T₁ und T₂ der Platten 202 und 210 im Wesentlichen identisch sind und im Wesentlichen die gleichen Brechungsindizes n₁ und n₂ und Einfallswinkel α₁ und α₂ aufweisen, erfahren die Lichtstrahlen, die durch die Platten 202 und 210 laufen, idealerweise auf ein Eintreten und Austreten aus den Platten 202 und 210 hin die gleiche Menge an Brechung. Folglich ist zu erwarten, dass der Betrag des ersten Strahlversatzes Δ₁ und der Betrag des zweiten Strahlversatzes Δ₂ nahezu identisch sind und einander aufheben. Der Lichtstrahl 224 tritt mit im Wesentlichen der gleichen Richtung wie der einfallende Lichtstrahl 214 und im Wesentlichen ohne Strahlversatz aus.
In der Praxis jedoch sind die Strahlen, die auf die Strahlteilerplatte 204 auftreffen, unter Umständen nicht paraxial oder die Strahlen sind unter Umständen nicht parallel zu der optischen Achse des Strahlteilers 200. 4A zeigt divergente Strahlen 401–404, die aus der Kompensatorplatte 202 austreten. Die Strahlen 401–404 sind nicht paraxial zu der optischen Achse 406 des Strahlteilers 200. 4B zeigt konvergente Strahlen 410–413, die aus der Kompensatorplatte 202 austreten. Die Strahlen 410–413 sind wieder nicht paraxial zu der optischen Achse 406 des Strahlteilers 200. Die Strahlen, die außeraxial zu der optischen Achse 406 des Strahlteilers 200 sind, durchqueren verglichen mit den paaraxialen Strahlen eine längere Strecke, wenn diese durch die Strahlteilerplatte 204 laufen. Folglich wird die Divergenz oder Konvergenz der Strahlen, die nicht parallel zu der optischen Achse 406 des Strahlteilers 200 sind, betont, wenn diese Strahlen aus der Strahlteilerplatte 204 austreten. Um die divergierenden Strahlen, die aus der Kompensatorplatte 202 austreten, zu kompensieren, kann bei bestimmten Ausführungsbeispielen die Kompensatorplatte 202 mit einem abgestuften Brechungsindex konfiguriert sein, der mit zunehmender Entfernung von der Mitte der Kompensatorplatte abnimmt. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Kompensatorplatte 202 mit einem abgestuften Brechungsindex konfiguriert sein, der mit zunehmender Entfernung von der Mitte der Kompensatorplatte 202 zunimmt, um konvergente Strahlen zu kompensieren. Anders ausgedrückt kann die Geschwindigkeit von Licht, das durch die abgestufte Kompensatorplatte durchgelassen wird, folgendermaßen dargestellt werden: v(r) = c / n₁(r) wobei c die Lichtgeschwindigkeit im freien Raum ist und n₁(r) der abgestufte Brechungsindex als eine Funktion der radialen Entfernung r von der Mitte der abgestuften Kompensatorplatte ist. Eine geeignet radial abgestufte Kompensatorplatte richtet die außeraxialen Strahlen in parallele Strahlen aus, die mit einem Einfallswinkel von etwa 45° auf die Strahlteilerplatte 204 auftreffen. Dies ist wichtig, um einen Strahl mit niedriger Divergenz für Anwendungen in Hohlmetallwellenleitern und optischen Freiraum-Verbindungen beizubehalten, um einen optischen Ausbreitungsverlust zu minimieren. 4C zeigt den Strahlteiler 400 mit einer abgestuften Kompensatorplatte 416, die außeraxiale Strahlen, die auf die Strahlteilerplatte 204 einfallen, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung korrigiert. Die radial abgestufte Kompensatorplatte 416 passt die Geschwindigkeit, mit der unterschiedliche Strahlen durch die abgestufte Kompensatorplatte 416 laufen, an, so dass die parallelen Strahlen 418 mit einheitlichen Wellenfronten aus der Kompensatorplatte 416 austreten. Die parallelen austretenden Strahlen 418 weisen einen im Wesentlichen einheitlichen Einfallswinkel auf die Strahlteilerplatte 204 auf. Die Kompensatorplatte 416 kann abgestuft sein, um divergente Strahlen zu kompensieren, sowie abgestuft, um konvergente Strahlen zu kompensieren. Es wird angemerkt, dass die Abstufung in der Kompensatorplatte so ausgerichtet sein muss, dass die Strahlen, die aus der Kompensatorplatte austreten, im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse sind.
Bei bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann eine radial abgestufte Kompensatorplatte in einer Anzahl unterschiedlicher Weisen konfiguriert sein, um divergente Strahlen zu kompensieren. Die 5–10 entsprechen einer Anzahl unterschiedlicher Weisen, auf die Kompensatorplatten konfiguriert sein können, um divergente Strahlen zu kompensieren. 5 zeigt eine isometrische Ansicht einer ersten kreisförmigen abgestuften Kompensatorplatte 500, die gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist. Die abgestufte Kompensatorplatte 500 umfasst fünf diskrete Regionen 502–506, wobei jede Region einen unterschiedlichen zugeordneten Brechungsindex besitzt. 5 umfasst außerdem eine Darstellung 508 mit einer Achse 510, die den Radius der Kompensatorplatte 500 darstellt, einer Achse 512, die den Betrag des Brechungsindex n(r) darstellt, und einer Kurve n(r) 514, die den schrittweisen Brechungsindex, der jeder diskreten Region zwischen der Mitte 516 und dem äußeren Rand der abgestuften Kompensatorplatte 500 zugeordnet ist, darstellt. Die Kurve 514 zeigt an, dass Strahlen, die durch die Region 502 laufen, die größte Verzögerung erfahren, während Strahlen, die durch die Region 506 laufen, die geringste Verzögerung erfahren. Die Regionen 502–506 können unter Verwendung bekannter Ionendiffusionstechniken gebildet sein. Die Abstufung bei dem Brechungsindex, der den Regionen 502–506 zugeordnet ist, ist das Ergebnis unterschiedlicher Konzentrationen eines bestimmten Ions. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die Größe, Breite, Anzahl diskreter konzentrischer Regionen variieren.
6 zeigt eine isometrische Ansicht einer zweiten kreisförmigen radial abgestuften Kompensatorplatte 600, die gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist. Die abgestufte Kompensatorplatte 600 umfasst einen gleichmäßigen abgestuften Brechungsindex, der durch eine gleichmäßig variierende schattierte Region dargestellt ist. 6 umfasst außerdem eine Darstellung 602 mit einer Achse 604, die den Radius der Kompensatorplatte 600 darstellt, einer Achse 606, die den Betrag des Brechungsindex n(r) darstellt, und einer Kurve n(r) 608, die darstellt, dass der Brechungsindex in einer kontinuierlichen Weise von der Mitte 610 zu dem äußeren Rand der abgestuften Kompensatorplatte 600 abnimmt. Die Kurve 608 zeigt an, dass Strahlen, die durch die abgestufte Kompensatorplatte 600 laufen, nahe der Mitte 610 die größte Verzögerung erfahren und in Richtung des äußeren Randes allmählich weniger Verzögerung. Die gleichmäßig variierende Abstufung des Brechungsindex ist das Ergebnis einer gleichmäßig variierenden Konzentration eines bestimmten Ions, die unter Verwendung bekannter Ionendiffusionstechniken gebildet werden kann. Es wird angemerkt, dass die Kurve 608 eine nichtlineare Variation des Brechungsindex darstellt. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die abgestufte Kompensatorplatte 600 mit einer nahezu linearen Variation zwischen der Mitte 610 und dem äußeren Rand konfiguriert sein.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann eine abgestufte Kompensatorplatte durch Einführen von Blasen und/oder Löchern, die „Defekte” gekannt werden, in die Kompensatorplatte gebildet werden. 7 zeigt eine Draufsicht einer dritten kreisförmigen defektbasierten radial abgestuften Kompensatorplatte 700, die gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist. Die Defekte sind durch Kreise, wie z. B. einen Kreis 702, dargestellt. 7 zeigt, dass die Konzentration von Defekten von der Mitte 704 nach außen zunimmt, wobei sich der Ausdruck „Konzentration von Defekten” auf die Anzahl von Defekten pro Einheitsfläche bezieht. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die Größe, Form, Anordnung und Variationen bei der Konzentration von Defekten variieren.
Im Allgemeinen weisen Regionen einer defektbasierten abgestuften Kompensatorplatte mit einer relativ höheren Konzentration von Defekten als Regionen mit einer relativ niedrigeren Konzentration von Defekten einen relativ niedrigeren Brechungsindex auf. 8 zeigt eine Darstellung, die die allgemeine Beziehung zwischen der Konzentration von Defekten und einem entsprechenden Brechungsindex defektbasierter abgestufter Kompensatorplatten, die gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert sind, darstellt. Eine Achse 802 stellt die Konzentration von Defekten dar, eine Achse 804 stellt den Betrag des Brechungsindex dar und eine Achse 806 stellt den Radius einer kreisförmigen defektbasierten radial abgestuften Kompensatorplatte dar. Konturierte Kreise, wie z. B. ein konturierter Kreis 808, stellen die Konzentration von Defekten in 15 Regionen entlang einer hypothetischen Linie, die sich von der Mitte einer defektbasierten abgestuften Kompensatorplatte nach außen erstreckt, dar und ausgefüllte Kreise, wie z. B. ein ausgefüllter Kreis 810, stellen den Brechungsindex dar, der jeder der 15 Regionen zugeordnet ist. Die hypothetischen Datenpunkte zeigen, dass Regionen mit einer relativ hohen Konzentration von Defekten einen relativ niedrigeren Brechungsindex aufweisen als Regionen mit einer relativ niedrigen Konzentration von Defekten.
Bei wiederum anderen Ausführungsbeispielen kann eine abgestufte Kompensatorplatte durch Anordnen von Nanodrähten auf einer Oberfläche eines Substrats gebildet sein. 9 zeigt eine isometrische Ansicht einer vierten kreisförmigen nanodrahtbasierten abgestuften Kompensatorplatte 900, die gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist. Die Nanodrähte, wie z. B. ein Nanodraht 902, sind auf einer Oberfläche eines Substrats 904 angeordnet und die Nanodrähte und das Substrat 904 können aus Glas, Acryl oder einem beliebigen anderen geeigneten transparenten dielektrischen Material bestehen. 9 zeigt, dass die Konzentration von Nanodrähten von der Mitte 906 zu dem äußeren Rand der abgestuften Kompensatorplatte zunimmt, wobei der Ausdruck „Konzentration von Nanodrähten” sich auf die Anzahl von Nanodrähten pro Einheitsfläche bezieht. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen Variationen bei der Länge, Form, dem Durchmesser und der Konzentration der Nanodrähte.
Im Allgemeinen weisen Regionen einer nanodrahtbasierten abgestuften Kompensatorplatte mit einer relativ höheren Konzentration von Nanodrähten als Regionen mit einer relativ niedrigeren Konzentration von Nanodrähten einen relativ höheren Brechungsindex auf. 10 zeigt eine Darstellung, die die allgemeine Beziehung zwischen der Konzentration von Nanodrähten und einem entsprechenden Brechungsindex nanodrahtbasierter abgestufter Kompensatorplatten, die gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert sind, darstellt. Eine Achse 1002 stellt die Konzentration von Nanodrähten dar, eine Achse 1004 stellt den Betrag des Brechungsindex dar, und eine Achse 1006 den Radius einer kreisförmigen nanodrahtbasierten radial abgestuften Kompensatorplatte. Konturierte Kreise, wie z. B. ein konturierter Kreis 1008, stellen die Konzentration von Defekten in 15 Regionen entlang einer hypothetischen Linie, die sich von der Mitte einer nanodrahtbasierten abgestuften Kompensatorplatte nach außen erstreckt, dar und ausgefüllte Kreise, wie z. B. ein ausgefüllter Kreis 1010, stellen den Brechungsindex dar, der jeder der 15 Regionen zugeordnet ist. Die hypothetischen Datenpunkte zeigen, dass Regionen mit einer relativ hohen Konzentration an Nanodrähten einen relativ höheren Brechungsindex aufweisen als Regionen mit einer relativ niedrigen Konzentration an Nanodrähten.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann eine radial abgestufte Kompensatorplatte in einer Anzahl unterschiedlicher Weisen zum Kompensieren konvergenter Strahlen konfiguriert sein. Dies kann durch Konfigurieren der Kompensatorplatten mit radial ansteigenden Brechungsindizes erzielt werden. 11 zeigt eine isometrische Ansicht einer fünften kreisförmigen abgestuften Kompensatorplatte 1100, die gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist. Die abgestufte Kompensatorplatte 1100 umfasst fünf diskrete Regionen 1102–1106, wobei jede Region einen unterschiedlichen zugeordneten Brechungsindex aufweist. 11 umfasst außerdem eine Darstellung 1108 des Betrags des Brechungsindex n(r) 1110, der jeder der diskreten Regionen zugeordnet ist. Der Brechungsindex n(r) 1110 zeigt an, dass Strahlen, die durch die Region 1102 laufen, die geringste Verzögerung erfahren, während Strahlen, die durch die Region 1106 laufen, die stärkste Verzögerung erfahren. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die Größe, Breite und Anzahl diskreter konzentrischer Regionen variieren.
12 zeigt eine isometrische Ansicht einer sechsten kreisförmigen radial abgestuften Kompensatorplatte 1200, die gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist. Die abgestufte Kompensatorplatte 1200 umfasst einen gleichmäßigen abgestuften Brechungsindex, der durch eine gleichmäßig variierende schattierte Region dargestellt ist. 12 umfasst außerdem eine Darstellung 1202 des Brechungsindex n(r) 1204, die darstellt, wie der Brechungsindex in einer kontinuierlichen Weise von der Mitte 1206 zu dem äußeren Rand der abgestuften Kompensatorplatte 1200 ansteigt. Die Kurve 608 zeigt an, dass Strahlen, die durch die abgestufte Kompensatorplatte 1200 laufen, nahe der Mitte 1206 die geringste Verzögerung erfahren und in Richtung des äußeren Randes allmählich eine größere Verzögerung. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die abgestufte Kompensatorplatte 1200 mit einer nahezu linearen Variation zwischen der Mitte 1206 und dem äußeren Rand konfiguriert sein.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann eine abgestufte Kompensatorplatte so konfiguriert sein, dass die Konzentration von Defekten radial von der Mitte abnimmt, oder die Konzentration von Nanodrähten radial von der Mitte zunimmt.
Strahlteilerausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen ein Konfigurieren der Kompensatorplatte 202 und der Strahlteilerplatte mit antireflektierenden Beschichtungen zum Reduzieren der Bildung von Geisterbildern. 13 zeigt einen Strahlteiler 1300 mit antireflektierenden Beschichtungen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Die abgestufte Kompensatorplatte 416 ist sandwichartig zwischen einer ersten antireflektierenden Beschichtung 1302 und einer zweiten antireflektierenden Schicht 1304 angeordnet und die Strahlteilerplatte 204 weist eine antireflektierende Beschichtung 1306 auf, die an der Oberfläche gegenüber der teilweise reflektierenden Schicht 212 angeordnet ist. Die abgestufte Kompensatorplatte 416 kann radial abgestuft sein, wie oben beschrieben wurde. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen können die antireflektierenden Beschichtungen 1302, 1304 und 1306 aus Magnesiumfluorid („MgF₄”) oder einem anderen geeigneten Material mit einem relativ niedrigeren Brechungsindex als demjenigen der abgestuften Kompensatorplatte 416 und der Strahlteilerplatte 204 bestehen. Die antireflektierenden Beschichtungen 1302, 1304 und 1306 können außerdem aus Glas oder Acryl bestehen und können zufällig verteilte Defekte, wie z. B. Löcher oder Blasen, umfassen, die einen relativ niedrigeren Brechungsindex erzeugen als die radial abgestufte Kompensatorplatte 416 und die Strahlteilerplatte 204.
Die vorstehende Beschreibung verwendete zu Erläuterungszwecken eine spezifische Nomenklatur, um ein gründliches Verständnis der Erfindung zu schaffen. Es wird für einen Fachmann jedoch zu erkennen sein, dass die spezifischen Details nicht erforderlich sind, um die Erfindung zu praktizieren. Die vorstehenden Beschreibungen spezifischer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind zu Darstellungs- und Beschreibungszwecken dargelegt. Sie sollen nicht ausschließlich sein oder die Erfindung auf die genauen offenbarten Formen einschränken. Offensichtlich sind viele Modifizierungen und Variationen angesichts der obigen Lehren möglich. Die Ausführungsbeispiele sind gezeigt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und deren praktische Anwendungen bestmöglich zu erläutern, um es dadurch anderen Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung und verschiedene Ausführungsbeispiele mit verschiedenen Modifizierungen, wie diese für die bestimmte in Betracht kommende Verwendung geeignet sind, bestmöglich einzusetzen. Der Schutzbereich der Erfindung soll durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert sein.
Zusammenfassung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind auf Strahlteiler gerichtet, die optische Elemente zum Korrigieren eines Strahlversatzes umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Strahlteiler eine erste Platte mit zwei etwa parallelen und gegenüberliegenden planaren Oberflächen und einer teilweise reflektierenden Schicht, die eine der planaren Oberflächen bedeckt, und eine Kompensatorplatte mit zwei etwa parallelen und gegenüberliegenden planaren Oberflächen. Die Kompensatorplatte ist so positioniert, dass ein einfallender Lichtstrahl, der durch die Kompensatorplatte läuft, einen ersten Strahlversatz erhält. Nachfolgend wird der einfallende Lichtstrahl mit dem ersten Strahlversatz, der durch die erste Platte läuft, durch die teilweise reflektierende Schicht in einen reflektierten Strahl und einen durchgelassenen Strahl aufgeteilt, wobei der durchgelassene Strahl einen zweiten Strahlversatz aufweist, der den ersten Strahlversatz im Wesentlichen aufhebt, derart, dass der durchgelassene Strahl etwa parallel zu und mit dem einfallenden Strahl ausgerichtet ist.

Claims

Ein Strahlteiler, der folgende Merkmale aufweist: eine Platte mit zwei etwa parallelen und gegenüberliegenden planaren Oberflächen und einer teilweise reflektierenden Schicht, die zumindest eine der planaren Oberflächen bedeckt; ein erstes Befestigungssystem, das konfiguriert ist, um die Platte zu tragen und zu positionieren; eine Kompensatorplatte mit zwei etwa parallelen und gegenüberliegenden planaren Oberflächen; und ein zweites Befestigungssystem, das konfiguriert ist, um die Kompensatorplatte zu tragen und zu positionieren, wobei zumindest eines des ersten Befestigungssystems und des zweiten Befestigungssystems die Platte und die Kompensatorplatte so positioniert, dass ein einfallender Lichtstrahl, der durch die Kompensatorplatte läuft, einen ersten Strahlversatz erhält, und der einfallende Lichtstrahl mit dem ersten Strahlversatz, der durch die Platte läuft, durch die teilweise reflektierende Schicht in einen reflektierten Lichtstrahl und einen durchgelassenen Lichtstrahl aufgeteilt wird, wobei der durchgelassene Lichtstrahl einen zweiten Strahlversatz aufweist, der den ersten Strahlversatz im Wesentlichen aufhebt, derart, dass der durchgelassene Lichtstrahl etwa parallel zu und mit dem einfallenden Lichtstrahl ausgerichtet ist.
Der Strahlteiler gemäß Anspruch 1, bei dem die Dicke der Platte im Wesentlichen gleich der Dicke der Kompensatorplatte ist.
Der Strahlteiler gemäß Anspruch 1, bei dem die Dicke der Platte sich von der Dicke der Kompensatorplatte unterscheidet.
Der Strahlteiler gemäß Anspruch 1, bei dem das erste Befestigungssystem und das zweite Befestigungssystem ferner eines der Folgenden aufweisen: Hohlmetallwellenleiter; und massives dielektrisches Material.
Der Strahlteiler gemäß Anspruch 1, bei dem zumindest entweder das erste Befestigungssystem oder das zweite Befestigungssystem konfiguriert ist, um die Platte im Wesentlichen senkrecht zu der Kompensatorplatte und in im Wesentlichen 45° zu der optischen Achse des Strahlteilers zu positionieren.
Der Strahlteiler gemäß Anspruch 1, bei dem die Platte ferner Glas oder Acryl aufweist.
Der Strahlteiler gemäß Anspruch 1, bei dem die Kompensatorplatte ferner einen abgestuften Brechungsindex aufweist.
Der Strahlteiler gemäß Anspruch 7, bei dem der abgestufte Brechungsindex radial von der ungefähren Mitte der Kompensatorplatte zunimmt.
Der Strahlteiler gemäß Anspruch 7, bei dem der abgestufte Brechungsindex radial von der ungefähren Mitte der Kompensatorplatte abnimmt.
Der Strahlteiler gemäß Anspruch 7, bei dem der abgestufte Brechungsindex ferner eine der Folgenden aufweist: eine Anordnung von Defekten mit zunehmender Dichte von der Mitte der Kompensatorplatte weg; und eine Anordnung von Defekten mit abnehmender Dichte von der Mitte der Kompensatorplatte weg.
Der Strahlteiler gemäß Anspruch 10, bei dem die Defekte ferner eines der Folgenden aufweisen: Löcher, die sich zumindest teilweise durch die Kompensatorplatte erstrecken; und eine Blase, die in die Kompensatorplatte eingebettet ist.
Der Strahlteiler gemäß Anspruch 7, bei dem der abgestufte Brechungsindex ferner eine der Folgenden aufweist: eine Anordnung von Nanodrähten, die sich im Wesentlichen senkrecht von einer der planaren Oberflächen der Kompensatorplatte erstrecken, wobei die Dichte der Nanodrähte in Richtung der Mitte der Kompensatorplatte zunimmt; und eine Anordnung von Nanodrähten, die sich im Wesentlichen senkrecht von einer der planaren Oberflächen der Kompensatorplatte erstrecken, wobei die Dichte der Nanodrähte in Richtung der Mitte der Kompensatorplatte zunimmt.
Der Strahlteiler gemäß Anspruch 1, der ferner antireflektierende Schichten aufweist, die an gegenüberliegenden Oberflächen der Kompensatorplatte und an der Oberfläche der Platte, die gegenüber der teilweise reflektierenden Schicht liegt, angeordnet sind.
Der Strahlteiler gemäß Anspruch 13, bei dem die antireflektierenden Schichten ferner antireflektierende Materialien mit relativ niedrigerem Brechungsindex aufweisen.
Der Strahlteiler gemäß Anspruch 13, bei dem die antireflektierenden Schichten ferner Glas- oder Acrylschichten mit einer zufälligen Verteilung von Blasen oder Löchern aufweisen.
Der Strahlteiler gemäß Anspruch 1, der ferner eine zweite teilweise reflektierende Schicht aufweist, die so an einer Oberfläche der Kompensatorplatte angeordnet ist, dass der Strahlteiler einen zweiten reflektierten Lichtstrahl abteilen kann.