DE2354562A1

DE2354562A1 - Verfahren zum bestimmen einer optisch isotropen reflexionsanordnung und insbesondere nach einem solchen verfahren bestimmte optische reflexionsanordnung mit isotroper schraeger reflexion

Info

Publication number: DE2354562A1
Application number: DE19732354562
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. P Antrag
Original assignee: Societe dOptique Precision Electronique et Mecanique SOPELEM SA
Current assignee: Societe dOptique Precision Electronique et Mecanique SOPELEM SA
Priority date: 1972-11-20
Filing date: 1973-10-31
Publication date: 1974-06-06
Also published as: DE2354562C2; FR2257914B1; US3893749A; GB1403636A; CH594300A5; AT349787B; FR2257914A1; ATA959173A; JPS4984261A; JPS5849843B2

Description

Patentanwalts

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310-21.61.4P 31. 10. 1973

SOCIETE D¹OPTIQUE, PRECISION ELECTRONIQUE ET MECANIQUE
- SOPELEM, Paris (Frankreich)

Verfahren zum Bestimmen einer optisch isotropen Reflexionsanordnung und insbesondere nach einem solchen Verfahren
bestimmte optische Reflexionsanordnung mit isotroper
schräger Reflexion

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen einer optisch isotropen Reflexionsanordnung, die mit polarisiertem Licht in einem ausgedehnten Spektralbereich mit guter Korrektur der Phasenanisotropie arbeiten soll und mindestens einen metallischen Spiegel aufweist, der ggf. mit einer dünnen Schicht aus einem transparenten Dielektrikum überzogen

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310-{72/98)-Df-r (12)- , _;-

ist und dem eine ihm äquivalente kristalline Kompensationsschicht zugeordnet ist, sowie auf Reflexionsanordnungen mit isotroper schräger Reflexion, die sich insbesondere nach einem solchen Verfahren bestimmen lassen.

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen einer optischen Reflexions anordnung, die innerhalb eines ausgedehnten Spektralbereichs keinen Einfluß auf den Polarisationszustand einer schräg einfallenden Lichtwelle zeigt, bzw. eine mit Hilfe eines solchen Verfahrens gewonnene optische Reflexionsanordnung mit isotroper schräger Reflexion.

Die Erfindung kann insbesondere bei allen mit polarisiertem Licht arbeitenden optischen Geräten zum Einsatz kommen, bei denen aus Gründen der Platzersparnis eine geknickte Strahlführung für das polarisierte Licht vorgesehen ist. Dies ist insbesondere bei mit polarisiertem Licht arbeitenden optischen Mikroskopen moderner Bauart der, Fall, bei denen es von Vorteil ist, zwischen Objektiv und Okular Hilfssysteme wie beispielsweise Zoom-Systeme oder Pupillarrelais in den Strahlengang des Lichts einzufügen, ohne daß sich

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dadurch die Höhe des entsprechenden .optischen Geräts vergrößert. Bisher hat es sich jedoch als unmöglich erwiesen, die Lichtstrahlen auf einem geknickten Weg zu führen, ohne daß dadurch eine Störung im Polarisationszustand der einfallenden Lichtwellen eintritt.

Bekanntlich erfolgt nämlich jede schräge Reflexion einer polarisierten Iichtwelle an einer metallischen Oberfläche in anisotroper Weise. Dies ist auf eine Ungleichheit der Reflexionskoeffizienten zurückzuführen, die für parallel zur Einfallsebene polarisiertes Licht (Polarisationszustand p) bzw. für senkrecht zur Einfallsebene polarisiertes licht (Polarisations zu stand s) gelten· Diese Reflexionskoeffizienten sind im allgemeinen Fall komplexe ,Ausdrücke der Form

i *p~
re^J ' , und sie können sich sowohl in ihrem Modul r als auch in ihrer Phase ¹P voneinander unterscheiden, Die Ungleichheit der Moduln .führt z'u einer Drehung der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes, und sie läßt sich daher durch eine entsprechende Verdrehung des Polarisators kompensieren. Die Ungleichheit in den Phasen führt dagegen zur Umwandlung einer einfallenden linearen Schwingung in eine reflektierte elliptische Schwingung. Da beide Ungleichheiten

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gleichzeitig vorliegen, entspricht einer einfallenden linear polarisierten Welle eine elliptisch polarisierte reflektierte Welle, wobei die große Achse der Polarisationsellipse nicht mit der Richtung der linearen Polarisation der einfallenden Welle zusammenfällt.

In der Praxis macht diese Phasenanisotropie zwei Dinge unmöglich:

Zum einen läßt sich zwischen zwei beiderseits eines Spiegels mit beliebiger Orientierung angeordneten Polarisatoren mit gekreuzter Durchlaßrichtung Keine vollständige Lichtauslöschung erhalten,'und zum zweiten kann die Doppelbrechung eines vor einem Spiegel angeordneten Objektes nicht mittels Kompensation gemessen werden.

Für dieses Problem sind nun verschiedene Teillösungen bekannt Sp kann man beispielsweise einen ersten Spiegel in seiner Auswirkung durch einen ihm gleichen Spiegel kompensieren, wobei die Einfallsebenen für das Licht bei beiden Spiegeln senkrecht zueinander verlaufen müssen« Die parallel zur Einfallsebene für den ersten Spiegel polarisierten Liehtwellen zeigen dann eine zur Einfallsebene des zweiten Spiegels senkrechte Polarisationsrichtung und umgekehrt; diese von

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CAPDECOMME angegebene Lösung bringt jedoch den Nachteil einer erheblichen Komplizierüng des optischen Gesamtscheraas mit sich, und sie läßt sich nicht immer mit dem verfügbaren Platz in Einklang bringen.

Weiterhin kann man zwischen zwei Spiegeln, die unter den gleichen Bedingungen arbeiten, ein kristallines λ/2-Plättchen in solcher Weise einfügen, daß die parallel und senkrecht zur Einfallsebene polarisierten Lichtwellen eine gegenseitige Vertauschung erfahren« In diesem Fall läßt sich eine effektive Kompensation jedoch: nur für eine einzige Lichtfrequenz erzielen, nämlich die Frequenz, für die das λ/2-Plättchen genau die Dicke einer halben Wellenlänge aufweist. Es ist daher unmöglich, nach dieser Methode mit aus Lichtwellen, verschiedener Wellenlänge zusammengesetztem Licht und insbesondere,-mit weißem Licht zu arbeiten, Außerdem hat auch diese Lösung genau wie die vorhergehende den Nachteil", daß sie zwei Spiegel oder zumindest eine gerade, Anzahl von Spiegeln verlangt.

Auch ein Prisma mit Totalreflexion stellt keine vollkommene Lösung dar; es weist zwar keine Amplitudenanisotropie auf, es

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zeigt jedoch eine erhebliche und über das gesamte Spektrum des sichtbaren Lichts angenähert konstante Phasenanisotropie, die beispielsweise bei Glas mit einem Brechungsindex von 1,6 bei 51 liegt.

Nun ist es bekannt, für eine bestimmte Wellenlänge die Phasenanisotropie eines beliebigen Spiegels oder eines Prismas mit Totalreflexion durch einen Kompensator mit Doppelbrechung zu kompensieren. Auch eine solche Kompensation gilt jedoch nicht für einen ausgedehnten Spektralbereich und insbesondere nicht für weißes Licht. Dies ist insbesondere der Fall bei den üblichen Spiegeln aus Aluminium, die zu ihrem Schutz mit einer Schicht aus Siliziumdioxid mit einer Dicke in der Größenordnung von 1000 Ä überzogen sind. In der in Fig. 1 dargestellten Tabelle ist in der ersten Zeile die bei einem solchen Spiegel bei einem Einfallswinkel von 45 für das gesamte Spektrum des sichtbaren Lichtes auftretenden Phasenanisotropie in Grad angegeben. Um in der Mitte des Spektrums eine Phasenanisotropie von Null zu erhalten, muß man als Kompensator ein Quarzplättchen mit einer Dicke von 60 u verwenden, das für diese Wellenlänge eine Doppelbrechung von 360 mit sich bringt.

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In der Tabelle in Fig., 1 igt in der zweiten Zeile wiederum. in Grad die Phasenanisotropie angegeben, die durgh ein solches Quarzplätt~ ehen in Abhängigkeit von der Wellenlänge über den gesamten Spektral=" bereich des sichtbaren Lichts eingeführt wird- Pie dritte Zeile der Tabelle von Fig, 1 enthält dann das bei der Kompensation verblei^ bende Residuum, d· h. die Phasendifferenz, die nach der Reflexion des Lichtstrahls am Spiegel und seinem Durchgang durch das Quarzplättchen verbleibt. Die in dieser Zeile der Tabelle von Fig. 1 an= gegebenen Daten lassen erkennen, daß mit Hilfe eines doppelbrechen^ den !Compensators eine tatsächliche Kompensation nur in einem sehr engen Spektralbereich jn der Mitte des Spektrums erzielbar ist; zu beiden Seiten dieses mittleren Wellenlängenbereichs wird, die Phasenabweichung sogar noch größer, als sie ohne die Kompensation zu, beobachten ist, Die gleiche Erscheinung zeigt sieh auch dann, wenn eine exakte Phasenkorrektur für eine andere Wellenlänge als die mittlere Wellenlänge versucht wird·

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, auf dem sich eine Reflexionsanordnung gewinnen läßt, bei der einem oder mehreren Spiegeln ein doppelbrechender Korn-

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pensator zugeordnet ist und die eine ausreichende Phasenkompensation für polarisiertes Licht in einem ausgedehnten Spektralbereich und insbesondere im gesamten Spektrum des sichtbaren Lichtes ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst<, daß man für einen vorgegebenen Einfallswinkel die Dicke der dielektrischen Schicht des oder der Spiegel und die Dicke der kristallinen !Compensations schicht die eine als Funktion der anderen bestimmt, indem man zum ersten die Variation der Phasendifferenz zwischen den komplexen Reflexionskößffizienten des oder der Spiegel für parallel und für senkrecht zur Einfallsebene polarisiertes Licht bei verschiedener Dicke des Dielektrikums in Abhängigkeit von der Wellenlänge in dem jeweiligen Spektralbereich, zum -zweiten die Variation der sich für diese beiden Pölärisationsrichtungen aus dem Durchgang des Lichts durch die Kömperisationsschicht ergebenden Phasendifferenz für verschiedene Dicken der Kömpensationsschicht als Funktion der gleichen Wellenlängen und schließlich die Variation des Residuums bei der Kompensation der Phasendifferenzen als Funktion der gleichen Wellenlänge für jedes Paar aus einer Kompensationsschicht bestimm-

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ter Dicke und einem Spiegeldielektrikum bestimmter Dicke in der Weise berechnet, daß die jeweiligen Phasendifferenzen für die mittlere Wellenlänge des betreffenden Spektralbereichs einander im Absolutwert gleich und im Vorzeichen entgegengesetzt werden, und die endgültige Auswahl des Dickenpaares unter Berücksichtigung der minimalen Dicke für das Dielektrikum, die mit der mechanischen Festigkeit des Spiegels verträglich ist, als dem vorherrschenden Faktor oder unter Berücksichtigung des Kompensationsresiduum trifft, wenn die verwendeten Spiegel entsprechende Dicken für das Dielektrikum zulassen-

Gegenstand der Erfindung ist weiter eine Reflexionsanordnung mit isotroper schräger Reflexion mit mindestens einem ggf. mit einer dünnen Schicht aus einem transparenten Dielektrikum überzogenen metallischen Spiegel, dem eine einer dünnen Schicht äquivalente kristalline Kpmpensationssc nicht zugeordnet ist, wobei die Dicke der dielektrischen Schicht des oder der Spiegel und die Dicke der kristallinen Kompensationsschicht nach dem vorstehend erwähnten Verfahren bestimmt werden können. Bestehen bei einer solchen Reflexionsanordnung der oder die Spiegel aus Aluminium und (lie-kristalline Korn pen-

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sationsschicht aus Quarz oder aus Magnesiumfluorid, so hat die dielektrische Schicht vorzugsweise eine optische Dicke von weniger als 600 A. Bei erfindungsgemäß ausgebildeten optischen Reflexionsanordnungen für eine isotrope schräge Reflexion für unter 45 einfallendes weißes polarisiertes Licht kann ein unbeschichteter Spiegel aus Aluminium mit einer äquivalenten Kompensationsschicht aus Quarz mit einer Dicke von 2,2 Mikron oder mit einer äquivalenten Kom pensations schicht aus Magnesium fluor id mit einer Dicke von 1,7 Mikron kombiniert werden.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung und der dabei erzielbaren Vorteile sollen nunmehr vier spezielle Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben werden.

Dabei sei zunächst daran erinnert, daß sich für einen metallischen Spiegel, der zu seinem Schutz mit einer dielektrischen Schicht überzogen ist, der einfallendem Licht mit dem Polarisationszustand ρ entsprechende Reflexionskoeffizient ausdrücken läßt durch die Formel:

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¹¹ - 23S4BS2

wobei:

r, (rp oder rs) der Modul des komplexen Reflexionskoeffizienten ' für den Polarisationszustand ρ oder s ist^

ψ ( ip oder ^s) die Phase des komplexen Ref lexionskoeffiziehten für den Polarisationszustand ρ öder s bezeichnet,

rl, (rip oder rls) der reelle Koeffizient der r-Schicht für den

Polarisationszustand ρ oder s ist,

r2, (r oder r , der Modul des komplexen Reflexionskoeffizienten

der Metallschicht für den Polarisationszustand ρ öder s ist,

cC, (öCp oder fits) die Phase des komplexen Reflexionskoeffizienten

dfer Metallschicht für dert Polarisationszustand ρ oder s bezeichnet und

β = 4% -^ iilcös i 1 für die Wellenlänge λ und eine Schichtdicke d gilt* Weiterhin gelten bekanntlich die Zusammenhänge:

■ tq (io _f H) r2 = tg (il r J2)

^IP~ tg (io - il) ^P tg (il Φ il)

_1ς sinÜo - il) ■ ■ ■ _& sin Ul - i2)

sin (io +il) sin (il + i2)

wobei io den Einfallswinkel,

il den Brechungswinkel in der dielektrischen Schicht und 92 den komplexen Brechungswinkel im Metall bezeichnesn;

4,09823/Ö?2ä ...

Diese verschiedenen Winkel sind durch die Beziehungen

no Sin io = nlSin il = n2 Sin i2 miteinander verbunden, wobei

no den reellen Brechungsindex in Luft, nl den reellen Brechungsindex in der dielektrischen Schicht und n2 = η - jk den komplexen Brechungsindex im Metall bezeichnen.

Angemerkt sei noch, daß der komplexe Brechungsindex n2 = η - jk in einem Metall wie Aluminium oder Silber keine absolut konstante Größe ist, sondern je nach der Ausbildungsart der Metallschicht ziemlich erheblich variieren kann. Für die weiter unten angegebenen Ausführungsbeispiele haben die Brechungskoeffizienten für Aluminium und für Silber die in der Tabelle von Fig. 2 angegebenen Werte.

Bei Kenntnis des Einfallswinkels io und der optischen Kenngrößen für das Metall und die dielektrische Schicht kann man daher für eine vorgegebene Schichtdicke und eine vorgegebene Wellenlänge die Phase *fp und die Phase ψ s entsprechend den Polarisationszuständen

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ρ und s erhalten und daraus die Phasendifferenz "fp - »fs ableiten, die durch die Reflexion am Spiegel eingeführt wird. Auf diese Weise kann man eine Schar von Kurven erhalten, welche die Phasendiffeienzen in Abhängigkeit von den verschiedenen Wellenlängen des betrachteten Spektralbereichs und für verschiedene Dicken der dielektrischen Schicht wiedergeben.

In der grafischen Darstellung von Fig. 3 ist mit ausgezogenen Linien ein solches Netz von Kurven für einen Spiegel aus Aluminium' dargestellt, der unter einem Einfallswinkel von 45 von einem Strahl weißen polarisierten Lichtes getroffen wird. Die verschiedenen Kurven dieses Netzes entsprechen verschiedenen Dicken für die Schutzschicht aus Siliziumdioxid, die von einem Ausgangswert Null (unbeschichteter Spiegel) bis zu einem Endwert von 1020 A variieren, wobei diese letzte Schichtdicke einem für mit einer Schutzschicht versehene Spiegel in der Praxis üblichen Wert entspricht.

Weiter sei daran erinnert, daß sich die durch eine kristalline Schicht eingeführte Phasenanisotropie A Ψ ausdrücken läßt durch die Formel:

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Af = 2 ξ (N - N )
A 2 ο

in der D für die Dicke der Kristallschicht, Λ für die Wellenlänge des einfallenden Lichtes, N für den außerordentlichen Brechungsindex der Kristallschicht und N für den ordentlichen Brechungsindex der Kristallschicht stehen.

Vernachlässigt man für eine erste Annäherung die spektrale Variation der Differenz im Brechungsindex des Kristalls, so sieht man, daß die Phasenanisotropie im wesentlichen umgekehrt mit der Wellenlänge variiert und daß für jede Kristalldicke die Kurve für die Phasenanisotropie als Funktion der Wellenlänge die Form einer Hyperbel annimmt.

Die grafische Darstellung in Fig. 3 zeigt in gestrichelten Linien ein Netz von Kurven, wie es sich für Quarzplättchen verschiedener Dicke ergibt.

Aus den grafischen Darstellungen in Fig. 3 sieht man zunächst, daß es für die Erzielung einer für den gesamten betrachteten Spektralbereich gültigen Kompensation der Phasenanisotropie für eine Kom-

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bination aus einem Spiegel und einer Kristallschicht erforderlich ist, daß die Kurven für die Phasendifferenzen am Spiegel und an der Kristallschicht so symmetrisch zur Abszissenachse verlaufen wie möglich. Wenn die Schichtdicke für das auf dem Spiegel abgeschiedene Siliziumdioxid einen Wert von 400 A übersteigt, oder allgemeiner, wenn die optische Dicke (das Produkt aus der geometrischen Dicke und dem Brechungsindex) der Schicht einen Wert von 600 A überschreitet, nimmt die zum Spiegel gehörige Kurve in Fig. 3 eine solche Form an, daß sich die Kompensation nicht über den gesamten Spektralbereich des sichtbaren Lichtes erzielen läßt. Dies ist das gleiche Ergebnis, wie es schon oben für einen üblichen Spiegel aus Aluminium angegeben ist, der mit einer Schicht aus Siliziumdioxid von 1020 A Dicke überzogen ist.

Die im folgenden beschriebenen Beispiele ermöglichen ein besseres Verständnis der Bestimmungsmethode für die Kombination aus einem Spiegel und einer Kristallschicht zur Erzielung einer verbesserten Korrektur der Phasenanisotropie unter Berücksichtigung der Forderung nach hinreichender mechanischer Festigkeit der jeweiligen Spiegel.

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Beispiel 1

Es wird ein unbeschichteter Spiegel aus Aluminium, also ein Spiegel ohne dielektrischen Überzug verwendet. Die Tabelle in Fig. 4 enthält in ihrer ersten Zeile die durch einen solchen Spiegel für einen Einfallswinkel von 45 im gesamten Spektrum des sichtbaren Lichtes eingeführte Phasenanisotropie in Grad. Man sucht dann die Dicke für eine Quarzschicht, die zu einer exakten Korrektur für die mittlere Wellenlänge von etwa 5500 A für den Spektralbereich des sichtbaren Lichtes führt. Die zweite Zeile der Tabelle in Fig. 4 gibt wiederum in Grad die Phasenanisotropie an, die durch ein Quarzplättchen mit einer Dicke von 2,17 Mikron eingeführt wird, und die dritte Zeile der Tabelle in Fig. 4 enthält das Residuum für die Kompensation, also die Phasendifferenz, die nach der Reflexion des Lichts am Spiegel und seinem Durchgang durch das Quarzplättchen verbleibt.

Die in der dritten Zeile der Tabelle in Fig. 4 angegebenen Werte zeigen, daß das Residuum für die Kompensation über den gesamten Bereich des Spektrums des sichtbaren Lichtes sehr klein bleibt. Der maximale Fehler beträgt nämlich nur 0,86 für das rote Ende des Spektrums, was einem optischen Weg von λ/420 entspricht.

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Das Residuum für die Kompensation variiert mit dem Einfallswinkel, es ist jedoch anzumerken, daß es stets sehr klein bleibt. In der grafischen Darstellung von Fig. 5 sind für den gesamten Bereich des Spektrums des sichtbaren Lichtes wiederum in Grad die Werte für das bei der Kompensation verbleibende Residuum für eine gleiche Kombination aus einem unbeschichteten Spiegel aus Aluminium und einer Kompensationsschicht aus Quarz von 2,17 Mikron Dicke für verschiedene Einfallswinkel" zwischen 22 30', und 60 dargestellt.

Die Kompensation wird um so besser, je geringer die Differenz der Brechungsindizes des . Kristalls als Funktion der Wellenlänge variiert. Aus diesem Grunde erweist sich Magnesiumfluorid noch besser als Kompensationsmaterial geeignet als Quarz, und in den beiden letzten Zeilen der Tabelle von Fig. 4 sind zum einen die durch ein Plättchen aus Magnesiumfluorid mit einer Dicke von 1,68 Mikron eingeführte Phasenanisotropie, die zu einer genauen Korrektur für einen Spiegel aus unbeschichtetem Aluminium bei der mittleren Wellenlänge des Spektrums des sichtbaren Lichtes führt, und zum anderen das bei dieser Kompensation verbleibende Residuum angegeben. Man sieht, daß dieses Residuum noch kleiner ausfällt als für den vorstehend behandelten Fall einer Kompensation mittels Quarz.

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Sicherlich ist die Verwendung eines Spiegels aus unbeschichtetem Aluminium eine heikle Angelegenheit, und sie verlangt besondere Vorsichtsmaßnahmen insbesondere beim Einsetzen des Spiegels in seine Fassung und während seiner Reinigung. ·

Beispiel 2

Dieses Beispiel ist in der Tabelle in Fig. 6 veranschaulicht, und es betrifft einen Spiegel aus unbeschichtetem Silber ohne dielektrische Schutzschicht. Wie bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel wird die Dicke D = 3,92 Mikron für das Quarzplättchen so bestimmt, daß sich eine genaue Kompensation für die mittlere Wellenlänge des Spektralbereichs des sichtbaren Lichtes ergibt. Die dritte Zeile der Tabelle in Fig. 6 gibt wiederum in Grad die Residuen für die Kompensation an. Man sieht aus den dort angegebenen Werten,' daß als Material für den Spiegel das Aluminium dem Silber vorzuziehen ist, da sich bei Silber im Endergebnis größere Residuen für die Kompensation ergeben, als sie bei dem vorstehend behandelten Beispiel eines Spiegels aus unbeschichtetem Aluminium zu erhalten sind.

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Beispiel 3

Dieses Beispiel ist im ersten Teil der Tabelle in Fig. 7 veranschaulicht, und es bezieht sich auf einen Spiegel aus Aluminium, der mit einer Schutzschicht aus Siliziumdioxid mit einer Dicke von 150 A überzogen ist, was einer optischen Dicke von 220 A entspricht. Angegeben sind wieder die Residuen, die sich bei einer Kompensation durch Kombination dieses Spiegels mit einem Quarzplättchen von 3,39 Mikron Dicke ergeben. Die angegebenen Zahlenwerte zeigen, daß die bei der Kompensation verbleibenden Residuen größer sind als bei dem Ausführungsbeispiel 1, sie bleiben aber dennoch in einer für zahlreiche Anwendungsfälle akzeptablen Größenordnung.

Beispiel 4

Dieses Ausführungsbeispiel ist im zweiten Teil der Tabelle in Fig. 7 veranschaulicht, und für die gleichen Bedingungen wie zuvor sind die Residuen, für eine Kompensation angegeben, die sich als das Ergebnis einer Kombination eines mit einer Schicht aus Siliziumdioxid von 300 A Dicke (optische Dicke 440 A) überzogenen Aluminium-

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spiegeis mit einem Quarzplättchen von 4,45 Mikron Dicke erhalten läßt.

Die angegebenen Zahlenwerte zeigen, daß die Residuen bei der Kompensation größer werden, wenn die Dicke der Schutzschicht aus Siliziumdioxid zunimmt. Die endgültige Wahl der Dicke dieser Schutzschicht wird daher zweckmäßig in Abhängigkeit von den vorherrschenden Forderungen für den jeweils ins Auge gefaßten Einsatzzweck getroffen. Wenn man die verbleibende Phasenanisotropie für die Kombination aus Spiegel und Kompensationsplättchen so klein wie möglich machen will, muß man eine Beschränkung auf sehr kleine Werte für die Dicke der Schutzschicht in Kauf nehmen und ggf. sogar mit völlig unbeschichteten Spiegeln arbeiten, was besondere Bedingungen für die Montage des Spiegels in dem jeweiligen optischen Gerät mit sich bringt. Wenn dagegen die mechanische Festigkeit des Spiegels das bestimmende Element bildet, so wird zunächst die minimale Dicke für die aufzubringende dielektrische Schutzschicht festgelegt, sodann wird die Dicke für die Kompensationsschicht aus Quarz bestimmt, und aus dieser kann man dann die entsprechenden Residuen für die Kompensation ableiten.

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Die vorstehenden Überlegungen sind zur besseren Verdeutlichung der Arbeitsweise mit allen Einzelheiten dargelegt worden. In der Praxis lassen sich alle diese Rechnungen leicht und rasch durch einen Rechner durchführen.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht streng auf die angegebe- * nen Ausführungsbeispiele beschränkt, sie erstreckt sich vielmehr auch auf alle äquivalenten Ausführungsformen. So kann man beispielsweise anstelle von kristallinen Plättchen, die sich in der geforderten Stärke nicht herstellen lassen, mit Kompensatoren etwa der Bauart nach Babinet Soleil arbeiten, die sich in passender Weise einstellen lassen. Außerdem kann man, obwohl die oben beschriebenen A us führung s bei spiele sich jeweils nur auf die Korrektur für einen einzigen Spiegel beschränken, mehrere Spiegel mit Hilfe einer einzigen Kompensations- ■ schicht kompensieren; in diesem letzten Fall muß die Dicke der kristallinen Kompensationsschicht mit der Anzähl der Spiegel multipliziert werden, und das gleiche gilt auch für das Residuum bei der Kompensation. '

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Claims

-22- 235A562 Patentansprüche

1. Verfahren zum Bestimmen einer optisch isotropen Reflexionsanordnung , die mit polarisiertem Licht in einem ausgedehnten Spektralbereich mit guter Korrektur der Phasenanisotropie arbeiten soll und mindestens einen metallischen Spiegel aufweist, der ggf. mit einer dünnen Schicht aus einem transparenten Dielektrikum überzogen ist und dem eine ihm äquivalente kristalline Kompensationsschicht .zugeordnet ist, dadurcii gekennzeichnet, daß man für einen vorgegebenen Einfallswinkel die Dicke der dielektrischen Sdiicht des oder der Spiegel und die Dicke der kristallinen Kompensationsschicht die eine als Funktion der anderen bestimmt, indem man zum ersten die Variation der Phasendifferenz zwischen dem komplexen Reflexionskoeffizienten des oder der Spiegel für parallel und für senkrecht zur Einfallsebene polarisiertes Licht bei verschiedener Dicke des Dielektrikums in Abhängigkeit von der Wellenlänge in dem jeweiligen Spektralbereich, zum zweiten die Variation der sich für diese beiden Polarisationsrichtungen aus dem Durchgang des Lichts durch die Kompensationsschicht ergebenden Phasendifferenz für verschiedene Dicken der Kompensationsschicht als Funktion der gleichen

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Wellenlängen und schließlich die Variation des Residuums bei der Kompensation der Phasendifferenzen als Funktion der gleichen Wellenlängen für jedes Paar aus einer Kompensationsschicht bestimmter Dicke und einem Spiegeldielektrikum bestimmter Dicke in der Weise berechnet, daß die jeweiligen Phasendifferenzen für die mittlere Wellenlänge des betreffenden Spektralbereichs einander im Absolutwert gleich und im Vorzeichen entgegengesetzt werdai, und die endgültige Auswahl des Dickenpaares unter Berücksichtigung der minimalen Dicke für das Dielektrikum, die mit der mechanischen Festigkeit des Spiegels verträglich ist, als dem vorherrschenden Faktor oder unter Berücksichtigung des Kompensationsresiduums trifft, wenn die verwendeten Spiegel entsprechende Dicken für das Dielektrikum zulassen.

2 J Reflexions anordnung mit isotroper schräger Reflexion mit mindestens einem ggf. mit einer dünnen Schicht aus einem transparenten Dielektrikum überzogenen metallischen Spiegel, dem eine einer dünnen Schicht äquivalente kristalline Kompensationsschicht zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der dielektrischen Schicht des oder der Spiegel und die Dicke der kristallinen Kompensationsschicht nach dem Verfahren von Anspruch 1 bestimmt sind.

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3. Reflexionsanordnung nach Anspruch 2, dessen Spiegel aus Aluminium und dessen kristalline Kompensationsschicht aus Quarz oder aus Magnesiumfluoride besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht eine optische Dicke von weniger als 600 A aufweist.

4. Reflexionsanordnung mit isotroper schräger Reflexion für unter 45 einfallendes weißes polarisiertes Licht mit einem Spiegel aus Aluminium, dem eine äquivalente Kompensationsschicht aus Quarz zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminium spiegel unbeschichtet ist und die Dicke der äquivalenten Korn pens ations schicht bei 2,2 Mikron liegt.

5. Reflexionsanordnung mit isotroper schräger Reflexion für unter 45 einfallendes polarisiertes Licht mit einem Spiegel aus Aluminium, dem eine äquivalente Kompensationsschicht aus Magnesiumfluorid zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminium spiegel unbeschichtet ist und die Dicke der äquivalenten Kompensationsschicht bei 1,7 Mikron liegt.

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