DE2252826A1 - Schmalbandiger reflexionspolarisator - Google Patents

Description

• Schmalbandiger Reflexionspolarisator Die Erfindung betrifft einen schmalbandigen Reflexionspolarisator aus dielektrischen Vielfachschiehten für unpolarisierte unter dem Winkel Ú0 aus einem Medium mit dem Brechungsindex nA mit einer Wellemlänge # 1 einfallende elektromagnetische Strahlung im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten SpeItralbereich, bestehend aus einem Substrat mi.t dem Brechungsindex ns und mindestens zwei auf gedampften Schichten aus abwechselnd hochbrechendem (nH) und niedrigbrechendem (nLl Material, wobei alle hoch- und niedrigbrechenden Schichten die gleiche effektive optische Schichtdicke aufweisen, die gleich einem ungeraden ganzzahligen Vielfachen von # 1J4 sind.
• Bei den bisher bekannten Refler.ionspolarisatoren erhält man durch Reflexion an einer oder mehreren übereinander liegenden Grenzflächen von dielektrischen Schichten aus einer unter dem Brewsterwinkel einfallenden unpolarisierten Strahlung linear polarisierte Strahlung. Schon 1947 beschreibt M. Banning in einem Artikel in nJournal Opt. Soc, Amer.", 1947, 5. 792 ff einen derartigen Aufbau, bei dem das Reflezionsvermögen für die senkrecht zur Einfallsebene polarisierte Reflexionskomponente (s-Komponente) durch ein dielektrisches Vielfachschichtensystem erhöht wird, das zwischen zwei Prismen angeordnet ist.
• Reflexionspolarisatoren, die auf dem Brewsterschen Gesetz basieren, wirken jedoch spektral breitbandig und das Reflexionsvermögen kann stets nur für die parallel zur Einfalls ebene polarisierte Komponente (p-Komponente) unterdrückt werden.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen Reflexionspolarisator anzugeben, bei dem aus unpolarisierter einfallnder Strahlung die 8- oder die p-Komponente schmalbandig unterdrUckt wird.
• Die Aufgabe wird durch einen Reflexionspolarisator de eingangs genannten Art gelöst, der erfindungsgemäß derart bemessen ist, daß für eine Brechungsindexstruktur ns(n1,n2)kn0 die Beziehung erfüllt ist mit k = 0,1,2, ........ Die reflektierte Strahlung ist hierbei parallel zur Einfallsebene polarisiert.
• Eine alternative Lösung der genannten Aufgabe wird durch eine solche Bemessung des Reflexionspolarisators erzielt, bei der erfindungsgemäß für eine Brechungsindexstruktur ns(n1,n2)kn0 die Beziehung erfüllt ist, mit k = 0,1,2, ............ Die reflektierte Strahlung ist hier senkrecht zur Einfallsebene polarisiert.
• Gemäß einer weiteren Lösung erfolgt die Bemessung derart, daß erfindungsgemäß für eine Brechungsindexstruktur ns(n1,n2)kn1n die Beziehung erfüllt ist mit k = 0,1,2, ......... Die reflektierte Strahlung ist dann parallel zur Einfallsebene polarisierte Schließlich besteht eine Lösung der genannten Aufgabe in einer solchen Bemessung, daß erfindungsgemäß für eine Brechungsindexstruktur ns(n1,n2)kn1n0 die Beziehung erfüllt ist k= 0,1,2, .............. Die reflektierte Strahlung ist hier senkrecht zur Einfallsebene polarisiert.
• Aus den genannten Beziehungen lassen sich bei vorgegebenen Brechungsindices und bei einer gewUnschtenPolarisationskomponente der reflektierten'Strahlung die Abmessungen des Polaristators und für Jeden Aufbau mehrere unterschiedliche Einfallswinkel bestimmen.
• Wegen der Schmalbandigkeit des Reflexionspolarisators bei einfallender breitbandiger Strahlung ergibt sich außerdem die Wirkung eines Polarisationsfilters.
• Die Erfindung wird an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele in der Figurenbeschreibung näher erläutert.
• Die Figur 1 zeigt einen Reflexionspolarisator für die p-Komponente, die Figur 2 zeigt einen Reflexionspolarisator für die B-Komponente, die Figuren 3 und 4 zeigen Je ein Diagramm.
• In der Figur 1 ist ein Aufbau eines Reflexionspolarisators mit einer Struktur ns(n1,n2)²n1n0 dargestellt. Das Substrat $st Glas mit n2 = 1,5, die anschließenden abwechselnd hoch-und niedrigbrechenden Schichten bestehen aus Magnesiumfluorid mit n1 = nX = 1,38 bzw. Zinksulfid mit n2 = nH = 2,35, das Medium, aus dem die Strahlung auf diese Anordnung fällt, ist; Luft mit nO = nA = 1. Die effektiven optischen Schichtdicken n1t1cosG1 bzw. n2t2cosÚ2 (t1 und t2 = Schichtdicken) betra gen jeweils 7k 0/4, wobei A 0 = 694,3 nm die Wellenlänge eines parallelen Lichtbündels 1 eines Rubinlasers ist, der unter einen Einfaliswinkel von 90 = 88,150 auf die Anordnung auffällt. Das Lichtbündel 1 ist nicht polarisiert, weist also die durch s und p gekennzeichneten Komponenten der Schwi.ngungsrichtungen auf. Nach Reflexion und Brechung an allen Grenzschichten enthält der reflektierte Lichtstrahl 2 nur mehr die p-Komponente. Das Verhältnis von reflektierter Lichtintensität der p-Komponente zur einfallenden Lichtintensität beträgt 0,91. Die s-Komponente des reflektierten Lichtstrahls ist 0.
• In der Figur 2 ist ein Aufbau eines Reflexionspolarisators mit einer Struktur ns(n1,n2)3n1n0 dargestellt. Es wurden die gleichen Materialien wie in dem in der Figur 1 gezeigten Beispiel verwendet, allerdings in einer anderen Reihenfolge. Hier ist n1 = nH und n2 = n. Die effektiven optischen Schichtdicken betragen wieder jeweils 3c 0/4. Der Einfallswinkel des Rubinlichtstrals ist hier Ú0 = 86,45 °.
• Der unpolarisierte Lichtstrahl mit der Wellenlänge #0 = 694,3 nm enthält nach der Reflexion (4) an dem Schichtensystem nur mehr die s-Komponente. Das Verhältnis der einfallenden zur reflektierten Lichtintensität der s-Komponenten beträgt 1.
• Die p-Komponente des reflektierten Lichtstrahls 4 ist 0.
• Verwendet man anstelle der Rubinlichtstrahlen in den Figuren 1 und 2 paralleles weißes Licht, dann ergibt sich eine Polarisationsfilterwirkung, die in den Diagrammen der Figur 3 und 4 gezeigt wird.
• In der Figur 3 sind die Reflexionsvermögen für die s- und p-Komponenten (Rs,Rp) in Abhängigkeit von der Wellenlänge # schematisch dargestellt, wenn ein Aufbau wie in der Figur 1, jedoch mit weißem Licht, verwendet wird. R5 weist bei # = 694,3 n" eine Nullstelle auf. Die Halbwertsbreite # 3 der Rs-Kurve beträgt 35 nin. Rp ist im betrachteten Spektralbereich näherungsweise konstant.
• Die Figur 4 bezieht sich auf die in der Figur 2 gezeigte Anordnung. Nur wurde anstelle des monochromatischen Lichtes weißes Licht verwendet. Hier bleibt das Reflexionsvermögen für die s-K-omponente R5 näherungsweise konstant. Das Reflexionsvermögen der p-Komponente hat wieder bei # = 694,3 nm eine Nullstelle. Die Halbwertsbreite ## der Rp-Kurve beträgt 96 nm.
• Diese Halbwertsbreiten können bei Erhöhung der Zahl der aufgedampften Schichten weiter eingeengt werden.
• 4 Figuren 5 Patentansprüche

Claims (5)

1. Patentansprüche Schmalbandiger Reflexionspolarisator aus dielektrischen Vielfachsehichten für unpolarisierte unter dem Winkel aus einem medium mit dem Brechungsindex n, mit einer Wellenlänge #1 einfallende violetten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich, bestehend aus einem Substrat mit dem Brechungsindex ns und mindestens zwei aufgedampften Schichten aus abwechselnd hochbrechenden (nH) und niedrigbrechenden (nL) Material, wobei alle hoch- und niedrigbrechenden Schichten die gleiche effektive optische Schichtdicke aufweisen, die gleich einem ungeraden ganzzahligen Vielfachen von # l/4 sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß für eine Brechungsindexstruktur ns(n1,n2)kn0 die Beziehung mit k = 0,1,2, ........ erfüllt ist, wodurch die reflektierten Strahlung parallel zur Einfallsebene polarisiert ist.
2. 2. Schmalbandiger Reflexionspolarisator aus dielektrischen Veilfachschichten für unpolarisierte unter dem Winkel 0o aus einem Medium mit dem Brechungsindex nA mit einer Wellen länge A 1 einfallende elektromagnetische Strahlung im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich bestehend aus einem Substrat mit dem Brechungsindex ns und mindestens zwei aufgedampften Schichten aus abwechselnd hochbrechenden (nH) und niedrigbrechenden (nL) Material, wobei alle hoch- und niedrigbrechenden Schichten die gleiche effektive optische Schichtdicke aufweisen, die gleich einem ungeraden ganzzahligen Vielfachen von # l/4 sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß für eine Brechungsinuexstruktur ns(n1,n2)kn0 die Beziehung mit k = 0,1,2,3, ....... erfüllt ist, wodurch die reflektierte Strahlung senkrecht zur Einfallsebene polarisiert ist.
3. 3. Schmalbandiger Reflexionspolarisator aus dielektrischen Vielfachschichten für unpolarisierte unter dem Winkel 90 aus einem Medium mit dem Brechunsindex nA mit einer Wellenlänge #1 einfallende elektromagnetische Strahlung im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich, bestehend aus einem Substrat mit dem Brechungsindex nS und mindestens zwei aufgedampften Schichten aus abwechselnd hochbrechenden (nH) und niedrigbrechenden (nL) Schichten* die gleiche effektive optische Schichtdicke aufweisen, die gleich einem ungeraden ganzzahligen Vielfachen von # 1/4 sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß für eine Brechungsindexstruktur n5( n1,n2) kn1n0 die Beziehung mit k = 0,1,2, ........ erfüllt ist, wodurch die reflektierte Strahlung parallel zur Einfallsebene polarisiert ist.
4. 4. Schmalbandiger Reflexionspolarisator aus dielektrischen Vielfachschichten für unpolarisierte unter dem Winkel aus einem Medium mit dem Brechungsindex nA mit einer Wellenlänge 5 l einfallendeselektromagnetische Strahlung im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich, bestehend aus einem Substrat mit dem Brechungsindex n5 und mindestens zwei aufgedampften Schichten aus abwechselnd hochbrechenden (nH) und niedrigbrechenden (n) Schichten* die gleiche effektive optische Schichtdicke aufweisen, die gleich einem ungeraden ganzzahligen Vielfachen von #1/4 sind, *wotei alle hoch- und niedrigbrechenden Schichten dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß für eine Brechungsindexstruktur ns(n1,n2)kn1n0 die Beziehung mit k = 0,1.2,...... erfüllt ist wodurch die refletierte Strahlung senkrecht zur Einfallsebene polarisiert ist.
5. 5. Schmalbandiger Reflexionspolarisator nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch g e k e a n Z e i c h n 8 t , daß er ale Polarisator verwendet wird.