DE112013002530T5

DE112013002530T5 - Ultrabreitbandige mehrschichtige dielektrische Strahlteilerbeschichtung

Info

Publication number: DE112013002530T5
Application number: DE112013002530.2T
Authority: DE
Inventors: Sherwyn Oas; Ali MIRABEDINI
Original assignee: Thermo Electron Scientific Instruments LLC
Current assignee: Thermo Electron Scientific Instruments LLC
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2015-02-19
Also published as: WO2013173203A1; GB2517375A; US20140355121A1; JP2015524078A

Abstract

Es werden Beschichtungen für optische Einrichtungen wie etwa Strahlteiler bereitgestellt. Die Beschichtungen enthalten mindestens eine Doppelschicht aus einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n1 in Kontakt mit einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n2 und einer obersten Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n3 über der Doppelschicht, wobei n3 > n2 > n1. Die Doppelschicht(en) kann/können aus BaF2 und KRS5 bestehen. Die oberste Schicht kann aus Ge bestehen. Gewisse Beschichtungen stellen Strahlteiler bereit, die eine hocheffiziente Emission über breite Spektralbereiche aufweisen.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Mehrschichtige dielektrische Beschichtungen wurden verwendet, um optische Filter, Antireflexbeschichtungen und Strahlteiler für verschiedene Anwendungen wie etwa Bildgebung, Spektroskopie und Kommunikation bereitzustellen. Die Eigenschaften der für diese verschiedenen Einrichtungen und Anwendungen erforderlichen Beschichtungen können sehr unterschiedlich sein. Bei einigen Anwendungen, wie etwa jenen, die WDM-Filter (Wavelength Division Multiplexing) verwenden, ist eine schmale Spektralleistung des Filters wünschenswert, z. B. eine maximale Transmission über einen engen Bereich von Wellenlängen. Bei anderen Anwendungen wie etwa jenen, die Antireflexbeschichtungen verwenden, ist es wünschenswert, den Reflexionsgrad auf ein sehr kleines Ausmaß, z. B. weniger als 2%, über einen gewissen Bereich von Wellenlängen zu minimieren.
Strahlteiler sind optische Einrichtungen, die einen einzelnen Lichtstrahl in zwei getrennte Strahlen aufteilen, einen übertragenen Strahl und einen reflektierten Strahl. Ein 50/50 Strahlteiler überträgt etwa 50% des einzelnen Lichtstrahls und reflektiert etwa 50% des einzelnen Lichtstrahls. Die Effizienz eines 50/50-Strahlteilers wird durch Gleichung 1 angegeben. E (Effizienz) = R (Reflexionsgrad)·T (Transmissionsgrad) Gleichung 1
Die Effizienz eines idealen 50/50-Strahlteilers beträgt 0,25. Für Strahlteiler, die in der Spektroskopie verwendet werden, wie etwa in der FTIR-Spektroskopie (Fourier Transform Infrared), kann eine breite Spektralleistung wünschenswert sein, z. B. 50% Transmission (oder eine Effizienz von 0,25) über einen großen Bereich von Wellenlängen. Mehrschichtige dielektrische Beschichtungen für Strahlteiler sind entwickelt worden, doch sind die Effizienz und der Spektralbereich dieser Beschichtungen oftmals begrenzt. Zudem sind wenige mehrschichtige dielektrische Beschichtungen, falls überhaupt, in der Lage, eine hocheffiziente Emission über einen breiten Spektralbereich bereitzustellen, der den Hochenergieteil des Spektrums einschließt, z. B. von etwa 1 μm bis 30 μm.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es werden hier optische Beschichtungen und optische Einrichtungen bereitgestellt, die die Beschichtungen verwenden, einschließlich Strahlteiler. Es werden auch verwandte Verfahren bereitgestellt.
Bestimmte Aspekte der Erfindung basieren mindestens teilweise auf den Erkenntnissen der Erfinder, das bestimmte Kombinationen, Anordnungen und Dicken von bestimmten Materialien verwendet werden können, um Beschichtungen zu bilden, die Strahlteiler bereitstellen, die eine hocheffiziente Emission über breite Spektralbereiche aufweisen. Zudem umfassen diese Spektralbereiche den Hochenergieteil des Spektrums (z. B. bis zu 1 μm). Die Breite des Spektralbereichs und die Erstreckung des Bereichs zum Hochenergieteil des Spektrums sind zumindest deshalb signifikant, weil sie die Vorteile des Erhaltens zusätzlicher Spektralinformationen von einem einzelnen Strahlteiler und des Eliminierens der Notwendigkeit, mehrere Strahlteiler zu verwenden, um verschiedene Spektralbereich abzudecken, bereitstellen.
Dementsprechend beinhaltet ein erster Aspekt der vorliegenden Ausführungsformen eine Beschichtung für einen Strahlteiler, die Folgendes enthält: eine erste Doppelschicht aus einer Schicht aus Material mit einem Brechungsindex n₁ in Kontakt mit einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₂; eine zweite Doppelschicht aus einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₁ in Kontakt mit einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₂, wobei die zweite Doppelschicht mit der ersten Doppelschicht in Kontakt steht; und eine oberste Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₃ in Kontakt mit der ersten Doppelschicht, wobei die Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₁ in der ersten Doppelschicht mit der obersten Schicht gewünschte Schichtdicken des Strahlteilers ermöglicht, die zu einem Spektraltransmissionsbereich von bis zu 10000 cm^–1 führt und wobei das Spektraltransmissionsmaximum bei 1000 cm^–1 bis zu 1500 cm^–1 liegt und wobei n₃ > n₂ > n₁.
Ein zweiter Aspekt der hierin offenbarten Anordnungen beinhaltet ein Verfahren zum Konstruieren eines Strahlteilers, das Folgendes beinhaltet: Bereitstellen einer ersten Doppelschicht aus einer Schicht aus Material mit einem Brechungsindex n₁ in Kontakt mit einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₂; Bereitstellen einer zweiten Doppelschicht aus einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₁ in Kontakt mit einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₂, wobei die zweite Doppelschicht mit der ersten Doppelschicht in Kontakt steht; und Bereitstellen einer obersten Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₃ in Kontakt mit der ersten Doppelschicht, wobei die Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₁ in der ersten Doppelschicht mit der obersten Schicht gewünschte Schichtdicken des Strahlteilers ermöglicht, die zu einem Spektraltransmissionsbereich von bis zu 10000 cm^–1 führt und wobei das Spektraltransmissionsmaximum bei 1000 cm^–1 bis zu 1500 cm^–1 liegt und wobei n₃ > n₂ > n₁.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich dem Fachmann bei der Lektüre der folgenden Zeichnungen, der ausführlichen Beschreibung, den Beispielen und den beigefügten Ansprüchen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden werden veranschaulichende Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt einen beispielhaften Strahlteiler mit einer veranschaulichenden Beschichtung. Die Beschichtung enthält eine erste Schicht aus BaF₂ über einem KBr-Substrat, eine erste Schicht aus KRS5 über der ersten Schicht aus BaF₂, eine zweite Schicht aus BaF₂ über der ersten Schicht aus KRS5, eine zweite Schicht aus KRS5 über der zweiten Schicht aus BaF₂ und eine oberste Schicht aus Ge.
2 zeigt die simulierte prozentuale Transmission von einem die Beschichtung von 1 enthaltenden Strahlteiler.
3 zeigt die (verhältnislosen) Einzelstrahlspektren eines die Beschichtung von 1 enthaltenden Strahlteilers und eines Standardstrahlteilers.
3B zeigt eine erweiterte Ansicht des Spektralbereichs zwischen etwa 6000 cm^–1 und 9000 cm^–1 der in 3A dargestellten Spektren.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden hier optische Beschichtungen und optische Einrichtungen bereitgestellt, die die Beschichtungen verwenden, einschließlich Strahlteiler. Es werden auch verwandte Verfahren bereitgestellt.
Beschichtungen
In einem Aspekt wird eine Beschichtung für eine optische Einrichtung wie etwa einen Strahlteiler bereitgestellt. Die Beschichtung enthält eine Doppelschicht aus einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₁ in Kontakt mit einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₂. Unter ”in Kontakt” wird verstanden, dass sich zwischen den Schichten der Doppelschicht keine dazwischenliegende Schicht befindet. Bei einigen Ausführungsformen befindet sich die Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₁ unter der Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₂. Mit anderen Worten ist bei solchen Ausführungsformen die Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₁ die untere Schicht der Doppelschicht, und die Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₂ ist die obere Schicht der Doppelschicht. Die Beschichtung enthält weiterhin eine oberste Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₃ über der Doppelschicht. Die Brechungsindizes der Schichten in der Beschichtung sind derart, dass n₃ > n₂ > n₁. Bei einigen Ausführungsformen steht die oberste Schicht in Kontakt mit der Doppelschicht. Bei einigen Ausführungsformen steht die oberste Schicht in Kontakt mit der Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₂ in der Doppelschicht.
Bei einigen Ausführungsformen enthält die Beschichtung zwei oder mehr Doppelschichten, jede Doppelschicht eine Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₁ in Kontakt mit einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₂, und eine oberste Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₃ über den zwei oder mehr Doppelschichten. Die Brechungsindizes der Schichten in der Beschichtung sind derart, dass n₃ > n₂ > n₁. Bei einigen Ausführungsformen enthält die Beschichtung zwei Doppelschichten, drei Doppelschichten oder mehr. Bei einigen Ausführungsformen bilden die zwei oder mehr Doppelschichten einen Stapel aus Doppelschichten, bei dem jede Doppelschicht sich in Kontakt mit einer benachbarten Doppelschicht befindet, ohne dazwischenliegende Schichten zwischen benachbarten Doppelschichten. Wie oben angemerkt, können die Schichten der Doppelschichten derart angeordnet sein, dass sich die Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₁ unter der Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₂ befindet. Analog kann die oberste Schicht in Kontakt mit einer Doppelschicht stehen und die oberste Schicht kann in Kontakt mit der Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₂ innerhalb der Doppelschicht stehen.
Bei anderen Ausführungsformen besteht die Beschichtung aus, oder besteht im Wesentlichen aus, einem Stapel aus einer, zwei oder drei Doppelschichten, wobei jede Doppelschicht eine Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₁ in Kontakt mit einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₂, und einer obersten Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₃ über dem Stapel ist. Die Brechungsindizes der Schichten in der Beschichtung sind ebenfalls derart, dass n₃ > n₂ > n₁. Wie oben angemerkt, können die Schichten der Doppelschichten derart angeordnet sein, dass sich die Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₁ unter der Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₂ befindet. Analog kann die oberste Schicht in Kontakt mit einer Doppelschicht stehen und die oberste Schicht kann in Kontakt mit der Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₂ innerhalb der Doppelschicht stehen.
Die Materialien für die Schichten der Doppelschicht und der obersten Schicht können variieren. Eine Vielzahl an dielektrischen Materialen kann für die Schichten der Doppelschichten verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen ist das Material mit einem Brechungsindex n₁ KBr, BaF₂, PbF₂ oder Na₃AlF₆. Bei einigen Ausführungsformen ist das Material mit einem Brechungsindex n₂ Thallium-Bromiodid (auch als KRS5 oder T1Br-T1I bekannt) oder ZnSe. Bei einigen Ausführungsformen ist das Material mit einem Brechungsindex n₃ Ge.
Die Beschichtung kann weiterhin durch Spezifizieren bestimmter Materialien gekennzeichnet werden, die nicht in gewissen Schichten der Beschichtung enthalten sind. Bei einigen Ausführungsformen enthalten die Schichten der Doppelschicht(en) kein Ge. Bei anderen Ausführungsformen enthalten die Schichten der Doppelschicht(en) und/oder der obersten Schicht kein Metalloxid, z. B. Siliziumoxid, ein Karbid oder ein Nitrid. Bei noch weiteren Ausführungsformen enthalten die Schichten der Doppelschicht(en) und/oder der obersten Schicht kein Polymer oder ein substituiertes oder unsubstituiertes organisches Molekül. In jeder dieser Ausführungsformen ist es beabsichtigt, dass die Beschichtung oder die Schichten der Beschichtung nicht absichtlich diese Materialien enthalten. Eines oder mehrere dieser Materialien können in der Beschichtung mit einer Konzentration (z. B. als Verunreinigung) vorliegen, die für Standardtechniken zum Bilden optischer Beschichtungen typisch ist.
Bei einigen Ausführungsformen werden die Materialien für die Beschichtung derart gewählt, dass die Doppelschicht(en) aus einer Schicht aus BaF₂ und einer Schicht aus KRS5 bestehen. Diese bestimmte Kombination liefert überraschend günstige Ergebnisse, da die Erfinder herausgefunden haben, dass dies eine besonders gute Kombination von Materialien für die offenbarten optischen Einrichtungen ist. Insbesondere haben die Erfinder festgestellt, dass die Interdiffusion und/oder die chemische Wechselwirkung von BaF₂ und KRS5 während des Abscheidungsprozesses minimal ist oder nicht existiert. Somit gibt es während des eigentlichen Abscheidungsprozesses, da die Interdiffusion und/oder die chemische Wechselwirkung von BaF2 mit Ge (was oftmals eine wetterbeständige Beschichtung ist) überraschend minimal ist oder nicht existiert, keine Verschlechterung der Eigenschaften Reflexionsgrad/Transmissionsgrad (R/T) der finalen Beschichtungs-Substrat-Kombination, weil die ausgelegten Dicken solcher Schichten mit einem Grad an Präzision aufrechterhalten werden.
Außerdem blockiert oder verhindert bei jenen Ausführungsformen, bei denen die oberste Schicht in Kontakt mit der Schicht aus KRS5 innerhalb einer Doppelschicht steht, das KRS5 die Diffusion von BaF₂ und/oder seiner Bestandteile in die oberste Schicht, wodurch der Brechungsindex und die Integrität der obersten Schicht aufrecht erhalten werden. Bei einigen Ausführungsformen werden die Materialien für die Beschichtung so gewählt, dass die Doppelschicht(en) aus einer Schicht aus BaF₂ und einer Schicht aus KRS5 bestehen und die oberste Schicht aus Ge besteht.
Die Dicken jeder der Schichten in den Beschichtungen können variieren, bei einigen Ausführungsformen liegt die Dicke der Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₁ im Bereich von etwa 800 Å bis 1500 Å, und die Dicke der Schicht aus Material mit einem Brechungsindex n₂ liegt im Bereich von etwa 500 Å bis 2800 Å. Bei anderen Ausführungsformen, bei denen die Beschichtung eine erste Doppelschicht, eine zweite Doppelschicht und eine oberste Schicht in Kontakt mit der ersten Doppelschicht enthält, können die Dicken wie folgt variieren. Die Dicke der Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₁ in der ersten Doppelschicht liegt im Bereich von etwa 1250 Å bis 1500 Å; die Dicke der Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₂ in der ersten Doppelschicht liegt im Bereich von etwa 2550 Å bis 2800 Å; die Dicke der Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₁ in der zweiten Doppelschicht liegt im Bereich von etwa 800 Å bis 1000 Å; und die Dicke der Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₂ in der zweiten Doppelschicht liegt im Bereich von etwa 500 Å bis 700 Å. Bei einigen Ausführungsformen liegt die Dicke der Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₃ im Bereich von 1250 Å bis 1500 Å.
Die Beschichtungen können weiterhin durch die optischen Eigenschaften, die sie bereitstellen, gekennzeichnet werden. Bei einigen Ausführungsformen ist die Beschichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie, wenn sie über einem Substrat aufgetragen wird, einen Strahlteiler bereitstellt. Bei einigen Ausführungsformen ist die Beschichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Strahlteiler mit der Beschichtung mit einer Transmission von etwa 50% bei etwa 2 μm bereitstellt. Bei einigen Ausführungsformen ist die Beschichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Strahlteiler mit der Beschichtung mit einem Transmissionsprozentsatz von etwa 50% +/– 5% über den Spektralbereich von etwa 1000 cm^–1 bis etwa 10000 cm^–1 (d. h. etwa 9,5 μm herunter bis etwa 1,0 μm) mit einem hohen Transmissionsprozentsatz von bis zu 90% bei etwa 9000 cm^–1 (~1,1 μm) Energiebereich bereitstellt. Die Beschichtungen können von Antireflexbeschichtungen und Beschichtungen für optische Filter unterschieden werden. Somit ist die Beschichtung bei einigen Ausführungsformen dadurch gekennzeichnet, dass sie keine Antireflexbeschichtung und/oder keinen optischen Filter bereitstellt, wenn sie auf ein Substrat aufgetragen wird.
Optische Einrichtungen
In einem weiteren Aspekt werden die offenbarten Beschichtungen enthaltende optische Einrichtungen bereitgestellt. Die optischen Einrichtungen enthalten ein Substrat und eine beliebige der oben offenbarten Beschichtungen, über dem Substrat aufgebracht. Bei einigen Ausführungsformen besteht die optische Einrichtung, oder besteht im Wesentlichen, aus dem Substrat und einer beliebigen der über dem Substrat aufgebrachten offenbarten Beschichtungen. Als beispielhafte vorteilhafte hierin zu verwendende Substratmaterialien kann das Substrat ausgewählt werden aus KBr, Silizium, Quarz, Calciumfluorid und Zinkselenid. Bei einigen Ausführungsformen steht die Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₁ einer Doppelschicht in Kontakt mit dem Substrat. Bei einigen Ausführungsformen ist die optische Einrichtung ein Strahlteiler. Ein veranschaulichender Strahlteiler 100 ist in 1 gezeigt. Der Strahlteiler enthält ein Substrat 104 und eine Beschichtung 102. Die Beschichtung 102 enthält eine erste Doppelschicht 106, eine zweite Doppelschicht 108 und eine oberste Schicht 110 (d. h. eine fünfte Schicht) über den Doppelschichten. Die erste Doppelschicht 106 enthält eine beispielhafte dritte Schicht 112 aus einem Material mit einem Brechungsindex n₁ unter einer vierten Schicht 114 aus einem Material mit einem Brechungsindex n₂. Die zweite Doppelschicht 108 von 1 ist so gezeigt, dass sie oftmals eine erste Schicht 116 aus einem Material mit einem Brechungsindex n₁ unter einer zweiten Schicht 118 aus einem Material mit einem Brechungsindex n₂ enthält. Bei einigen Ausführungsformen ist die optische Einrichtung keine optische Antireflexeinrichtung und/oder kein optischer Filter.
Die optischen Einrichtungen können in einer Vielzahl von Spektroskopieanwendungen wie etwa FTIR-Spektroskopie (Fourier Transform Infrared) verwendet werden. Somit werden auch FTIR-Instrumente bereitgestellt, die eine beliebige der offenbarten optischen Einrichtungen enthalten.
Verfahren
Es werden auch Verfahren zum Bilden der Beschichtungen und optischen Einrichtungen bereitgestellt. Die Verfahren beinhalten das sequenzielle Abscheiden der Schichten aus einer beliebigen der offenbarten Beschichtungen. Standardtechniken und Abscheidungsparameter können für das Abscheiden von Schichten aus dieleketrischem Material verwendet werden, einschließlich Elektronenstrahlverdampfung, thermische Verdampfung, Sputtern, chemische Dampfabscheidung und plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung. Lediglich beispielhaft kann ein Strahlteiler ausgebildet werden durch Abscheiden einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₁ auf einem Substrat, Abscheiden einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₂ über der Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₁, um eine untere Doppelschicht zu bilden; Abscheiden einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₁ auf der unteren Doppelschicht, Abscheiden einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₂ auf der Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₁, um eine obere Doppelschicht zu bilden; und Abscheiden einer obersten Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₃ auf der oberen Doppelschicht. Weitere Einzelheiten über diese Ausführungsform des Verfahrens werden in den folgenden Beispielen vorgelegt.
Es werden auch Verfahren zum Verwenden einer beliebigen der offenbarten optischen Einrichtungen bereitgestellt. Bei einigen Ausführungsformen ist die optische Einrichtung ein Strahlteiler und die Verfahren beinhalten das Aufteilen eines Lichtstrahls in einen übertragenen Strahl und einen reflektierten Strahl mit dem Strahlteiler. Die Verfahren können weiterhin das Lenken eines Lichtstrahls auf den Strahlteiler beinhalten.
Die Beschichtungen, optischen Einrichtungen und verwandten Verfahren lassen sich unter Bezugnahme auf das folgende Beispiel besser verstehen, das als Veranschaulichung vorgelegt wird und nicht beschränkend sein soll.
BEISPIELE
Der Leser wird insbesondere wieder auf die beispielhafte Konfiguration der in 1 gezeigten Anordnung eines Strahlteilers 100 verwiesen. Insbesondere ist das bevorzugte Design in Tabelle 1 wie folgt konfiguriert: Tabelle 1 Ein KBr-Substrat (Bezugszeichen 104)
2 zeigt die theoretischen Transmissionseigenschaften einer einschichtigen Ge-Beschichtung 202 (etwa 1388 Ångström (als durchgezogene Linie gezeigt)) und eines neuartigen 5-schichtigen Designs 206 (als eine gestrichelte Linie gezeigt) der vorliegenden Anmeldung mit dem Rezept von Tabelle 1 wie oben gezeigt. Die theoretischen Berechnungen gehen davon aus, dass die Materialschichten wohl definierte Grenzen besitzen (keine Diffusionsschicht) und der Brechungsindex der Materialien bekannte Messwerte beibehält.
Insbesondere zeigt 2, dass eine ausgelegte Konfiguration für einen 5-schichtigen Strahlteiler 206 zu einem vorteilhaften Transmissionsprozentsatz von etwa 50% +/–10% führt, um einen breiteren Effizienzbereich über den Spektralbereich von etwa 1000 cm^–1 bis etwa 10000 cm^–1 (d. h. etwa 9,5 μm herunter zu etwa 1,0 μm) mit einer deutlichen hohen Transmissionskerbe (~90%) bei etwa dem 9000 cm^–1 (~1,1 μm) Energiebereich bereitzustellen. Es versteht sich außerdem, dass 2 einige Informationen über den Reflexion·Transmission-Produktwert der Beschichtungen zeigt. Insbesondere ist bei 1000 cm^–1 klar, dass die 5-schichtige Beschichtung 206 einen Wert von 60% T besitzt. Im Gegensatz dazu besitzt die Ge-Beschichtung 202 einen Wert von 75% T. Dementsprechend lautet das R·T-Produkt des 5-schichtigen 206 0,4·0,6 = 0,24, wobei das R·T-Produkt der Ge-Beschichtung 202 0,75·0,25 = 0,188 beträgt. Dadurch wird die 5-schichtige Beschichtung um 28% besser als die Ge-Beschichtung (0,24/0,188 = 1,28). Dies entspricht 28% mehr Signal (d. h. erhöhte Effizienz) bei Verwendung als Strahlteiler in einem gewünschten Spektrometer für eine gewünschte Anwendung.
Es versteht sich, dass die Designparameter des oben gezeigten beispielhaften optischen Einrichtungsstrahlteilers mit der Hilfe von TFCalc (Thin Film Design Software) von: Software Spectra, Inc., 14025 N. W. Harvest Lane, Portland, Oregon, 97229, USA, wurden, wenngleich auch eine beliebige Dünnschichtdesignsoftware, die die Konstruktion der vorliegenden Ausführungsformen unterstützen kann, ebenfalls verwendet werden kann, falls gewünscht.
Zur weiteren Würdigung der neuartigen Aspekte der Ausführungsformen hierin wird der Leser auf 3A verwiesen, die einen (verhältnislosen) Einstrahlintensitätsspektrenvergleich zwischen einer Strahlteilerbeschichtung mit bekanntem Design 302 (einem 2-schichtigen Design, wie durch eine gestrichelte Linie bezeichnet) und einem 5-schichtigen Design 306 (als eine durchgezogene Linie bezeichnet) darstellt. 3B zeigt eine erweiterte Ansicht des Spektralbereichs zwischen 6000 cm^–1 und 9000 cm^–1, die vorteilhaft die erweiterte Transmissionsleistung über 9000 der vorliegenden beispielhaften Anwendung veranschaulicht. Insbesondere versteht sich bei Verwendung des oben gezeigten neuartigen Strahlteilerrezepts, insbesondere bei erneuter Betrachtung von 3B, dass am Hochenergieende, d. h. jenseits 7000 cm^–1, der Energiedurchsatz der bekannten Formulierung 302 (man beachte wieder die gestrichelte Linie) bei etwa 6000 cm^–1 beginnend schnell auf null abfällt, während die hierin offenbarte 5-schichtige Struktur 306 weiterhin Energie bis zu 8000 cm^–1 und darüber hinaus (z. B. bis zu mindestens 10000 cm^–1) überträgt, was zu einem signifikant erweitertem Spektralbereich für die Messung führt.
Außerdem ist anzumerken, dass ein überraschender zusätzlicher Aspekt des 5-schichtigen Designs 306 darin besteht, dass die Konfiguration den Ort eines Gebiets maximaler spektraler Transmission 308 (1000 cm^–1–1500 cm^–1) intakt lässt (d. h. beim Spektralort im Wesentlichen unverschoben), was sich wünschenswerterweise über dem Infrarot-Fingerabdruckgebiet ohne Energieverlust befindet, wie allgemein in dem gestrichelten elektrischen Gebiet von 3A gezeigt. Dies ist ein wichtiger Aspekt, weil frühere Designs, die eine erweiterte Spektralabdeckung in den/die Hochenergiebereiche(n) bereitgestellt haben, unter einer signifikanten Verschiebung bei der maximalen Transmission weg vom Fingerabdrucksbereich sowie einem Abfall beim Durchsatz leiden. Diese Kombination ist die hier bereitgestellte Neuheit.
Das Wort ”veranschaulichend” oder ”beispielhaft” wird hierin verwendet, um als ein Beispiel, ein Fall oder eine Darstellung dienend zu bedeuten. Jeder hierin als ”veranschaulichend” oder ”beispielhaft” beschriebene Aspekt oder jedes derartige Design ist nicht notwendigerweise als gegenüber anderen Aspekten oder Designs bevorzugt oder vorteilhaft auszulegen. Zu Zwecken dieser Offenbarung und sofern nicht etwas anderes festgelegt, bedeutet zudem ”ein/eine/einer” ”ein oder mehrere”. Noch weiter soll die Verwendung von ”und” oder ”oder” ”und/oder” beinhalten, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
Alle hierin zitierten Patente, Anmeldungen, Referenzen und Veröffentlichungen sind hier in ihrer Gänze in dem gleichen Ausmaß aufgenommen, als wenn sie durch Bezugnahme individuell aufgenommen würden.
Wie der Fachmann versteht, umfassen zu beliebigen und allen Zwecken insbesondere bezüglich des Bereitstellens einer beschriebenen Beschreibung, alle hierin offenbarten Bereiche auch beliebige und alle möglichen Teilbereiche und Kombinationen von Teilbereichen davon. Jeder aufgeführte Bereich kann leicht so erkannt werden, dass er den gleichen Bereich ausführlich beschreibt und ermöglicht, dass dieser Bereich in mindestens gleiche Hälften, Drittel, Viertel, Fünftel, Zehntel usw. zerlegt wird. Als ein nicht beschränkendes Beispiel kann jeder hierin erörterte Bereich ohne weiteres in ein unteres Drittel, ein mittleres Drittel und ein oberes Drittel usw. zerlegt werden. Wie der Fachmann außerdem versteht, beinhalten alle Ausdrücke wie etwa ”bis zu”, ”mindestens”, ”größer als”, ”kleiner als” und dergleichen die angeführte Anzahl und bezieht sich auf Bereiche, die danach in Teilbereiche zerlegt werden können, wie oben erörtert. Schließlich enthält, wie ein Fachmann versteht, ein Bereich jedes individuelle Glied.
Die vorausgegangene Beschreibung von veranschaulichenden Ausführungsformen der Erfindung wurde zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die präzise offenbarte Form beschränken, und Modifikationen und Variationen sind angesichts der obigen Lehren möglich oder können aus der Praxis der Erfindung erfahren werden. Die Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung zu erläutern, und als praktische Anwendungen der Erfindung, damit der Fachmann die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen nützen kann, wie sie sich für die bestimmte, in Betracht gezogene Verwendung eignen. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzbereich der Erfindung durch die hier angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert wird.

Claims

Beschichtung für einen Strahlteiler, die Folgendes umfasst: eine erste Doppelschicht aus einer Schicht aus Material mit einem Brechungsindex n₁ in Kontakt mit einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₂; eine zweite Doppelschicht aus einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₁ in Kontakt mit einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₂, wobei die zweite Doppelschicht mit der ersten Doppelschicht in Kontakt steht; ein Substrat, das an die zweite Doppelschicht gekoppelt ist; und eine oberste Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₃ in Kontakt mit der ersten Doppelschicht, wobei die erste und zweite Doppelschicht aus gewählten Materialien, mit dem obersten Schichtmaterial konfiguriert, mit ausgelegten Schichtdicken konfiguriert sind, um eine Strahlteilerbeschichtung mit einem Spektraltransmissionsbereich von bis zu 10000 cm^–1 bereitzustellen, wobei das Spektraltransmissionsmaximum bei 1000 cm^–1 bis zu 1500 cm^–1 liegt und wobei n₃ > n₂ > n₁.
Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das Material mit einem Brechungsindex n₁, in der ersten Doppelschicht oder der zweiten Doppelschicht konfiguriert, mindestens eines der folgenden Materialien ist, ausgewählt unter KBr, BaF₂, PbF₂ und Na₃AlF₆.
Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das Material mit einem Brechungsindex n₂, in der ersten Doppelschicht oder der zweiten Doppelschicht konfiguriert, mindestens eines der folgenden Materialien ist, ausgewählt unter Thallium-Bromiodid (KRS5) und ZnSe.
Beschichtung nach Anspruch 1, wobei die oberste Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₃ Ge umfasst.
Beschichtung nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₁ in der ersten Doppelschicht im Bereich von etwa 1250 Å bis zu etwa 1500 liegt und die Dicke der Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₂ in der ersten Doppelschicht im Bereich von etwa 2550 Å bis zu etwa 2800 Å liegt; und wobei die Dicke der Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₁ in der zweiten Doppelschicht im Bereich von etwa 800 Å bis etwa 1000 Å liegt und die Dicke der Schicht aus dem Material mit einem Brechungsindex n₂ in der zweiten Doppelschicht im Bereich von etwa 500 Å bis etwa 700 Å liegt und wobei die Dicke der obersten Schicht mit einem Brechungsindex n₃ im Bereich von etwa 1250 Å bis etwa 1500 Å liegt.
Beschichtung nach Anspruch 5, wobei die Strahlteilerbeschichtungsdicken und gewählten Materialien einen Transmissionsprozentsatz von etwa 50% +/– 5% über den Spektralbereich von etwa 1000 cm^–1 bis etwa 10000 cm^–1 bei einem hohen Transmissionsprozentsatz von etwa 90% bei etwa 9000 cm^–1 liefern.
Verfahren zum Konstruieren eines Strahlteilers, das Folgendes umfasst: Bereitstellen einer ersten Doppelschicht aus einer Schicht aus Material mit einem Brechungsindex n₁ in Kontakt mit einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₂; Bereitstellen einer zweiten Doppelschicht aus einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₁ in Kontakt mit einer Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₂, wobei die zweite Doppelschicht mit der ersten Doppelschicht in Kontakt steht; Bereitstellen eines an die zweite Doppelschicht zu koppelnden Substrats; und Bereitstellen einer obersten Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n₃ in Kontakt mit der ersten Doppelschicht, wobei die bereitgestellte erste und zweite Doppelschicht aus gewählten Materialien, mit dem obersten Schichtmaterial konfiguriert, mit Schichtdicken ausgelegt sind, um eine Strahlteilerbeschichtung mit einem Spektraltransmissionsbereich von bis zu 10000 cm^–1 bereitzustellen, wobei das Spektraltransmissionsmaximum bei 1000 cm^–1 bis zu 1500 cm^–1 liegt, und wobei n₃ > n₂ > n₁.