DE2946647A1

DE2946647A1 - Optical cut-on filter for two different wavelength channel separation - is laminated with predetermined number of dielectric layers bounded by transparent medium

Info

Publication number: DE2946647A1
Application number: DE19792946647
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Dr. Hans F. 8000 München Mahlein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-11-19
Filing date: 1979-11-19
Publication date: 1981-06-11

Abstract

The optical cut-on filter is constructed in the form of a multi-layer system with a predetermined series of dielectric layers bounded on each side by a transparent substance so that this substance onone side approximates to the refractive index of the substance on the other side. The dimensions are such that the incident ray angle and layer structure are specified and then the refractive indices of the system are so determined, that the contours in the transmission range of the filter adopt the value zero. The choice of refractive indices can be determined precisely and with the use of a data processor zero positions of a contour or positions which are almost zero can be found.

Description

Optisches KantenfilterOptical edge filter

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Kantenfilter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to an optical edge filter according to the preamble of claim 1.

In der optischen Nachrichtentechnik werden optische Komponenten fUr das Trennen oder Zusammenführen von zwei Kanälen der verschiedenen Wellenlängen t I und oder von zwei Gruppen von Kanälen der verschiedenen Wellenlängen 8 I bis X k und g k+7 bis k k+1 n benötigt.In optical communication technology, optical components are used for separating or merging two channels of different wavelengths t I and or of two groups of channels of the different wavelengths 8 I bis X k and g k + 7 to k k + 1 n are required.

Es ist bereits eine Grundkomponente bekannt (siehe Siemens -Forschungs- und Entwicklungsberichte 8, 1979, S. 50 - 55), bei der zwei Kanäle mit einem wellenlängenselektiv teildurchlässigen Spiegel trennbar sind.A basic component is already known (see Siemens research and Development Reports 8, 1979, pp. 50-55), in which two channels with a wavelength-selective partially transparent mirror are separable.

Der Spiegel besteht in einer zweckmäßigen Ausführungsform aus einem Kantenfilter in Form eines dielektrischen Vielschichtensystems und ist direkt auf eine Stirnfläche eines Glasfaser-Lichtwellenleiters aufgebracht, die um 450 zur Achse der Faser geneigt ist. Damit kann für diese Grundkomponente weitgehend die gleiche Technologie verwendet werden, wie sie bei der Herstellung von in einem bestimmten Wellenlängenbereich wellenlängenunabhängigen Abzweigen nach dem Strahlteilerprinzip bereits erprobt worden ist (siehe beispielsweise Siemens Forschungs- und Entwicklungsberichte 8, 1979, S. 130 -140).In an expedient embodiment, the mirror consists of one Edge filter in the form of a dielectric multilayer system and is directly on an end face a glass fiber optic waveguide applied, which is inclined at 450 to the axis of the fiber. This allows for this basic component largely the same technology is used in its manufacture of branches that are wavelength-independent in a certain wavelength range to the beam splitter principle has already been tested (see for example Siemens Research and Development Reports 8, 1979, pp. 130-140).

Um bei der bekannten Grundkomponente das Nebensprechen zu verringern, sind bei ihr zusätzlich zwei optische Schmalbandfilter vorgesehen. Während die Dimensionierung der Schmalbandfilter keine prinzipiellen Schwierigkeiten bereitet, kompliziert sich der Entwurf des Kantenfilters aufgrund des schrägen Strahlungseinfalls.In order to reduce the crosstalk in the known basic component, two optical narrow-band filters are also provided for it. While sizing the narrow-band filter does not cause any fundamental difficulties, it becomes more complicated the design of the edge filter due to the oblique incidence of radiation.

Bei der bekannten Grundkomponente, bei welcher der Strahlungseinfallswinkel 8, = 450 beträgt und bei der beispielsweise Glasfasern verwendet werden, die einen Brechungsindex von n0 = 1, 46 bis 1,6 aufweisen, erhält man wegen der Immersion des wellenlängeselektiv teildurchlässigen Spiegels eine hohe numerische Apertur von n0 sin @o 8 ) 1 bezüglich des Spiegels. Entsprechend dieser großen numerischen Apertur treten im allgemeinen starke Polarisationseffekte auf, d.h. Licht, dessen Vektor der elektrischen Feldstärke senkrecht (s-Komponente) oder parallel (p-Komponente) zur Einfallsebene schwingt, wird im allgemeinen stark unterschiedlich reflektiert.In the case of the known basic component, in which the angle of incidence of the radiation 8, = 450 and in which, for example, glass fibers are used that have a Have a refractive index of n0 = 1.46 to 1.6, is obtained because of the immersion of the wavelength-selective partially transparent mirror has a high numerical aperture of n0 sin @o 8) 1 with respect to the mirror. According to this large numerical Aperture occur in general strong polarization effects, i.e. light, its Vector of the electric field strength perpendicular (s-component) or parallel (p-component) oscillates towards the plane of incidence, is generally reflected very differently.

Sowohl bei wellenlängenunabhängig als auch bei wellenlängenselektiv teildurchlässigen Spiegeln können sich diese Polarisationseffekte als störend erweisen. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn polarisierte Lichtquellen verwendet werden oder mehrere teildurchlässige Spiegel hintereinander angeordnet werden.Both with wavelength-independent and with wavelength-selective With partially transparent mirrors, these polarization effects can prove to be disruptive. This is the case, for example, when polarized light sources are used or several partially transparent mirrors are arranged one behind the other.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kanten- filter der eingangs genannten Art anzugeben, welches bei einem schrägen Strahlungseinfall für einen relativ großen, in einen Durchlaßbereich des Kantenfilters fallenden Wellenlängenbereich ein vergleichsweise geringes Reflexionsvermögen aufweist und bei welchem überdies durch den schrägen Strahlungseinfall bedingte Polarisationseffekte in diesem Wellenlängenbereich zumindest herabgesetzt werden können.The object of the present invention is to provide an edge filter of the type mentioned at the beginning, which is the case with an oblique incidence of radiation for a relatively large wavelength range falling in a pass band of the edge filter has a comparatively low reflectivity and at which moreover Polarization effects in this wavelength range caused by the oblique incidence of radiation can at least be reduced.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is carried out in the characterizing part of the claim 1 specified features solved.

Durch den Teil a) im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 wird erreicht, daß die EinhUllende der Reflexionsminima zumindest annähernd den Wert Null annimmt. Diese Einfüllende ist im Gegensatz zur Einhüllenden der Reflexionsnebenmaxima im Durchlaßbereich konstant. Die Einhüllende der Reflexionsnebenmaxima ist eine Kurve, die im Durchlaßbereich ein Minimum aufweist. Die Erfindung nützt die Erkenntnis aus, daß der Abstand der EinhUllenden vom Wert Null, d.h. von dem Wert, bei dem das Reflexionsvermögen Null ist, von den Brechungsindizes der Schichten und dem Strahlungseinfallswinkel abhängt. Wird ein bestimmter Strahlungseinfallswinkel vorgegeben, so kann durch Variation der Brechungsindizes der dielektrischen Schichten der Abstand der Einhüllenden von Null variiert und sogar zum Verschwinden gebracht werden. Wesentlich ist, daß der Abstand der Einhüllenden von Null beliebig klein gemacht werden kann, so daß jeder Genauigkeitsvorgabe Rechnung getragen werden kann. Für die Praxis reicht es meist aus, wenn die Brechungsindizes der angrenzenden Medien um höchstens 0,2 voneinander abweichen und der Abstand der Einhüllenden der Reflexionsnebenmaxima von Null, d.h. der Abstand des Minimums dieser EinhUllenden von Null höchstens'0,2 beträgt.Through part a) in the characterizing part of claim 1 is achieved, that the envelope of the reflection minima assumes at least approximately the value zero. In contrast to the envelope of the secondary reflection maxima im Passband constant. The envelope of the secondary reflection maxima is a curve, which has a minimum in the pass band. The invention uses the knowledge from the fact that the distance between the envelope ends from the value zero, i.e. from the value at which the reflectivity is zero, from the indices of refraction of the layers and the Radiation angle of incidence depends. If a certain angle of incidence of radiation is specified, for example, by varying the refractive indices of the dielectric layers, the distance of the envelope can be varied from zero and even made to disappear. Essential is that the distance between the envelope can be made arbitrarily small from zero, so that every accuracy requirement can be taken into account. Enough for practice it usually comes from when the refractive indices of the adjoining media are at most 0.2 differ from one another and the distance between the envelopes of the secondary reflection maxima from zero, i.e. the distance of the minimum of these envelopes from zero at most 0.2 amounts to.

Da das Reflexionsvermögen im allgemeinen rascher über der Wellenlänge oszilliert als die Einhüllende der Reflexionsnebenmaxima bleibt das Reflexionsvermögen nahe des Minimums der Einhüllenden in einem relativ großen Wellenlängenbereich nahezu auf diesem Minimalwert.Because the reflectivity is generally faster over the wavelength if the envelope of the secondary reflection maxima oscillates, the reflectivity remains near the minimum of the envelope in a relatively large wavelength range at this minimum value.

Zur Dimensionierung eines erfindungsgemäßen Kantenfilters wird zweckmäßigerXeise so vorgegangen, daß der Strahlungseinfallswinkel und die Schichtstruktur vorgegeben werden und daß dann die Brechungsindizes des Systems so bestimmt werden, daß die Einhüllenden in einem Durchlaßbereich des Filters den Wert Null annehmen.For dimensioning an edge filter according to the invention, it is expedient to use proceeded in such a way that the angle of incidence of radiation and the layer structure are specified and that the refractive indices of the system are then determined so that the Envelopes in a pass band of the filter assume the value zero.

Die Wahl der Brechungsindizes kann wie später noch gezeigt wird, bei geschickter Auswahl des Schichtsystems präzise bestimmt werden. Es kann aber auch durch Probieren versucht werden, Nullstellen einer Einhüllenden oder Stellen, die nahezu Null sind, zu finden. Zweckmäßig ist in einem solchen Fall die Verwendung einer elektronischen Datenverarbeitungsmaschine.The choice of the refractive indices can, as will be shown later, at Skilful selection of the layer system can be precisely determined. But it can also trying to zero an envelope or digits that are almost zero. In such a case, it is advisable to use it an electronic data processing machine.

Nullstellen der EinhUllenden der Reflexionsmaxima fallen für die s-Komponente und die p-Komponente der einfallenden Strahlung in der Regel auseinander, d.h.Zeros of the envelopes of the reflection maxima fall for the s component and the p-component of the incident radiation is usually apart, i.e.

die Nullstellen dieser EinhUllenden sind im allgemeinen polarisationsabhängig. Ein erfindungsgemäßes Kantenfilter liefert aber den SchlUssel zur Lösung des mit "und" eingeleiteten zweiten Teils der Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Es gibt nämlich in der Regel eine Schar ton Brechungsindexkombinationen, bei denen die EinhUllenden den Wert Null annehmen. Aus dieser Schar können in der Regel eine oder mehrere Kombinationen ausgewählt werden, bei denen die Nullstellen der Einhüllenden für die s-Komponente und fUr die p-Komponente zusammenfallen, d.h. bei der gleichen Wellenlänge liegen.the zeros of these envelopes are generally polarization-dependent. However, an edge filter according to the invention provides the key to solving the problem "and" introduced the second part of the object of the present invention. There is namely usually a group of refractive index combinations in which the envelopes assume the value zero. As a rule, one or more combinations can be made from this flock can be selected in which the zeros of the envelope for the s-component and coincide for the p-component, i.e. lie at the same wavelength.

Damit ist aber erreicht worden, daß die Polarisations- effekte bei dieser Wellenlänge und einem relativ großen Bereich um diese Wellenlänge herum bei dem vorgewählten Strahlungseinfallswinkel nahezu verschwinden.However, this has achieved that the polarization effects at this wavelength and a relatively large area around this wavelength almost disappear at the preselected angle of incidence.

Ein besonders bevorzugtes und vorteilhaftes erfindungsgemäßes Kantenfilter ist in Anspruch 2 angegeben. Die dort angegebenen Schichtenstrukturen L H \Z Z' S L ) )kS weisen den Vorteil auf, daß bei ihnen die Einhüllende der Reflexionsminima im Durchlaßbereich unabhängig von der Wellenlänge und der Polarisation den Wert Null annimmt. Es brauchen daher nur noch Nullstellen der EinhUllenden der Nebenmaxima aufgesucht werden und dies kann durch abgeschlossene Formeln rechnerisch erfolgen.A particularly preferred and advantageous edge filter according to the invention is specified in claim 2. The layer structures given there L H \ Z Z ' S L)) kS have the advantage that with them the envelope of the reflection minima the value in the pass band independent of the wavelength and the polarization Assumes zero. All that is needed is therefore to zero the envelope of the secondary maxima and this can be done arithmetically using completed formulas.

Ein Kantenfilter nach Anspruch 2 läßt sich fUr beliebig vorgebbaren Strahlungseinfallswinkel polarisationsunabhängig machen. Die Dimensionierung kann rechnerisch über geschlossene Formelausdrücke festgelegt werden.An edge filter according to claim 2 can be specified as desired Make the angle of incidence of radiation polarization independent. The sizing can can be determined arithmetically using closed formula expressions.

Ein Kantenfilter nach Anspruch 2, welches für einen 0 Strahlungseinfallswinkel von 45 und damit für eine eingangs erwähnte Grundkomponente geeignet ist, ist so bemessen, wie es im Anspruch 3 angegeben ist.An edge filter according to claim 2, which is for a radiation angle of incidence of 45 and is therefore suitable for a basic component mentioned at the beginning, is so measured as indicated in claim 3.

Dabei gelten allgemein folgende Definitionen: Der effektive Brechungsindex 'I qs für die s-Komponente lautet 9 = nq cos Oq mit q = O, A, B für das Schichtensystem S( B )kS, wobei B = H und A = L fUr S( H )kS und und B = L und A = H für S(H L )kS gilt. § bedeutet, daß die effektive optische Schichtdicke der Schicht A halb so groß ist wie die der Schicht B.The following definitions generally apply: The effective refractive index 'I qs for the s component is 9 = nq cos Oq with q = O, A, B for the layer system S (B) kS, where B = H and A = L for S (H) kS and and B = L and A = H for S (H L) kS is applicable. § means that the effective optical layer thickness of layer A is half as high is as large as that of layer B.

Der effektive Brechungsindex qp für die p-Komponente lautet Mqp = gq/cos Oq mit q = O, A, 3.The effective refractive index qp for the p component is Mqp = gq / cos Oq with q = O, A, 3.

Der äquivalente Brechungsindex für die s- und p-Kompoenente lautet gilt und g = 30// die reduzierte Wellenzahl bedeutet, wobei Ao die Sperrbereichsmitte des Kantenfilters in der nullten Ordnung 1 = O ist.The equivalent index of refraction for the s and p components is applies and g = 30 // means the reduced wave number, where Ao is the cut-off range center of the edge filter in the zeroth order 1 = O.

Das erfindungsgemäße Kantenfilter läßt sich ausgezeichnet zum Trennen zweier Wellenlängen bei schrägem Strahlungseinfall verwenden. Die eine der beiden zu trennenden Wellenlängen wird aus dem Wellenlängenbereich um die Nullstelle im Durchlaßbereich und die andere Wellenlänge aus dem Sperrbereich ausgewählt. Sind die beiden Wellenlängen vorgegeben, so kann umgekehrt das Kantenfilter entsprechend dimensioniert werden, daß eine der beiden Wellenlängen in den Wellenlängenbereich um eine Nullstelle der Einhüllenden im Durchlaßbereich fällt und die andere Wellenlänge in den Sperrbereich. Letzteres ist in relativ weiten Grenzen möglich.The edge filter according to the invention is excellent for separating Use two wavelengths with inclined radiation. One of the two The wavelengths to be separated are derived from the wavelength range around the zero point in Pass band and the other wavelength selected from the stop band. Are If the two wavelengths are specified, the edge filter can vice versa accordingly be dimensioned that one of the two wavelengths in the wavelength range falls around a zero of the envelope in the pass band and the other wavelength in the restricted area. The latter is possible within relatively wide limits.

Kantenfilter der Schichtenstrukturen, wie sie in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben sind, sind in der nullten Ordnung sowohl für die s- als auch für die p-Komponente langwellig transmittierend. Die Nullstellen der Kantenfilter höherer Ordnung 1 liegen bei = = spektrale Lage der gemeinsamen Nullstelle der EinhUllenden fUr 1 = 0, wobei langwellig transmittierende Kantenfilter für gerade 1 und kurzwellig transmittierende Kantenfilter für ungerade 1 erhalten werden. Dabei bedeutet 1 = 1, 2, 3, ..., 1 = 0 kennzeichnet die nullte Ordnung.Edge filters of the layer structures as specified in claims 2 and 3 are long-wave transmitting in the zeroth order for both the s and p components. The zeros of the edge filters of higher order 1 are included = = spectral position of the common zero of the envelope ends for 1 = 0, where long-wave transmitting edge filters are obtained for even 1 and short-wave transmitting edge filters for odd 1. 1 = 1, 2, 3, ..., 1 = 0 denotes the zeroth order.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figur in der nun folgenden Beschreibung, in der ein konkretes Ausführungsbeispiel angegeben ist, näher erläutert.The invention will now be illustrated in the following with reference to the accompanying figure Description, in which a specific embodiment is given, explained in more detail.

Die Figur zeigt den qualitativen Verlauf des Reflexionsvermögens eines Kantenfilters vom Typ S(2- H )kS oder S( L )kS über dem normierten Wellenzahlmaßstab.The figure shows the qualitative course of the reflectivity of a Edge filter of the type S (2- H) kS or S (L) kS above the normalized wave number scale.

Bei einem Kantenfilter dieses Typs ist die Einhüllende R(min) (i = s, p) der Reflexionsnebenminima unabhängig von Wellenlänge und Polarisation Null, d.h. es gilt R(min) = 0 (i = s, p).For an edge filter of this type, the envelope is R (min) (i = s, p) the minor reflection minima independent of wavelength and polarization zero, i.e. R (min) = 0 (i = s, p).

ei Dies gilt deshalb, weil an die Vorder- und Rückseite des Kantenfilters das gleiche Medium angrenzt. Sämtliche Reflexionsminima sind folglich Nullstellen des Reflexionsvermögens. ei This applies because on the front and back of the edge filter the same medium is adjacent. All reflection minima are consequently zeros of reflectivity.

Für die Einhüllende (marx) der Reflexionsnebenmaxima ergibt ei sich mit Hilfe des äquivalenten Brechungsindex ## Bsi Analyse des Durchlaßbereichs mit Hilfe der Einhüllenden wird der Vorteil ausgenützt, daß R(max) nicht ei von k abhängt. Folglich werden allgemein gültige Aussagen erzielt.For the envelope (marx) of the secondary reflection maxima, ei results with the help of the equivalent refractive index ## For analysis of the pass band with the help of the envelope, the advantage is exploited that R (max) does not depend ei on k. As a result, generally valid statements are obtained.

Interessant sind nun diejenigen Werte vonttei für die R (max) = O (i = s, p) ei wird. Da das Reflexionsvermögen Ri des Filters im allgemeinen rascher mit der Wellenlänge oszilliert als die Einhüllende ReimaX) von Rund weiterhin Rei (min) = 0 die 1r Nullstelle Einhüllende R (max) v ei -gilt, ist nicht nur am Ort der Nullstelle von Rei das Reflexionsvermögen Ri = 0, sondern auch in der Umgebung der Nullstelle von R (max) ist in einem relativ ei weiten Bereich R nahezu Null. Die Lage geoi der Nullstelle von Rei(max) ist gegeben durch ei ist gegeben durch Die Lage geoi der Nullstelle hängt folglich noch von der Polarisation ab. Von besonderer praktischer Bedeutung für die Realisierung polarisationsunabhängiger Kantenfilter ist der Fall, daß die Nullstellen'der beiden Einhüllenden Res (max) und Rep(max) der s- und p-Komponenes ep ten zusammenfallen. Aus der Bedingungsgleichung geos = geop wird für einen Strahlungseinfallswinkel ## = 45° folgende Beziehung zwischen den Brechungsindizes der einzelnen Schichten erhalten. Dabei ist das Kantenfilter vom Typ S( L )kS notwendig. Die spektrale Lage der gemeinsamen Nullstelle der Einhüllenden von Rs und Rp hängt nicht mehr von den Brechungsindizes ab, sondern nimmt den konstanten Wert geo = geos = geop =2 3 an. Für einen Einfallswinkel von 450 weisen also alle Kantenfilter des in Rede stehenden Typs, deren Brechungs-2 indizes der Formel für nL genügen, bei geo = 2/3 eine gemeinsame Nullstelle der Einhüllenden des Reflexionsvermögens für die s- und p-Komponente auf.Interesting are those values of ttei for which R (max) = O (i = s, p) ei. Since the reflectivity Ri of the filter generally oscillates more rapidly with the wavelength than the envelope ReimaX) of Rund, Rei (min) = 0 the 1r zero envelope R (max) v ei - is not only valid at the location of the zero of Rei Reflectivity Ri = 0, but also in the vicinity of the zero point of R (max), R is almost zero in a relatively wide range. The position geoi of the zero of Rei (max) is given by ei is given by The position geoi of the zero point therefore still depends on the polarization. Of particular practical importance for the implementation of polarization-independent edge filters is the case that the zeros of the two envelopes Res (max) and Rep (max) of the s and p components ep th coincide. The equation geos = geop results in the following relationship for an angle of incidence of radiation ## = 45 ° obtained between the refractive indices of the individual layers. The edge filter of the type S (L) kS is necessary for this. The spectral position of the common zero of the envelope of Rs and Rp no longer depends on the refractive indices, but takes on the constant value geo = geos = geop = 2 3. For an angle of incidence of 450, all edge filters of the type in question, whose refractive indices satisfy the formula for nL, have a common zero of the envelope of the reflectivity for the s and p components at geo = 2/3.

FUr die Entscheidung, welches der Kantenfilter des in Rede stehenden Typs, die in Abhängigkeit von der Ordnung 1 lang oder kurzwellig transmittierend sein können, zum Multiplexen oder Demultiplexen zweier gegebener Wellenlängen 2 I und ) in geeignet ist, müssen die mit 1 II diesen Kantenfiltern erzielbaren kleinstmöglichen Kanalabstände d ## berechnet werden. Als Definition des Kanalabstandes eines Kantenfilters bietet sich der Abstand zwischen der Null stelle und und der benachbarten Kante des Sperrbereichs für die p-Komponente an (siehe Figur). Diese Definition ist sinnvoll, da die Sperrbereichsbreite für die s-Komponente stets größer als für die p-Komponente ist und damit am Ort der p-Kante das Reflexionsvermögen fUr unpolarisierte Strahlung einen hohen Wert aufweist. Im normierten Wellenzahlmaßstab ist der Kanalabstand unabhängig von der Ordnung 1 und beträgt Der Kanalabstand ergibt sich zu Der relative Kanalabstand ist gegeben durch wobei > #M eine Mittenwellenlänge zwischen der Nullstelle M der Einhüllenden und der benachbarten p-Kante bedeutet, die gegeben ist durch Da der relative Kanalabstand unabhängig von 20 ist, eignet er sich gut fUr die Dimensionierung von Kantenfiltern bei vorgegebenen zu trennenden Wellenlängen und 3( 1 II Die Berechnung für ein Kantenfilter der Ordnung 1 = 1 ergibt für den relativen Kanalabstand In analoger Weise lassen sich die relativen Kanalabstände für Kantenfilter höherer Ordnung 1 berechnen.In order to decide which of the edge filters of the type in question, which can be long or short-wave transmitting depending on the order 1, is suitable for multiplexing or demultiplexing two given wavelengths 2 I and) in, the edge filters that can be achieved with 1 II must be achieved smallest possible channel spacing d ## can be calculated. As a definition of the channel spacing of an edge filter, the spacing between the zero point and the adjacent edge of the blocking area for the p-component can be used (see figure). This definition makes sense because the stop band width for the s-component is always larger than for the p-component and thus the reflectivity for unpolarized radiation has a high value at the location of the p-edge. In the normalized wave number scale, the channel spacing is independent of the order 1 and is The channel spacing results from The relative channel spacing is given by where>#M means a center wavelength between the zero point M of the envelope and the adjacent p-edge, which is given by Since the relative channel spacing is independent of 20, it is well suited for dimensioning edge filters for specified wavelengths to be separated and 3 (1 II The calculation for an edge filter of the order 1 = 1 gives the relative channel spacing The relative channel spacings for edge filters of higher order 1 can be calculated in an analogous manner.

Die für die Berechnung der Schichtdicken tA und t3 der Schichten A und B benötigt die Wellenlänge der Sperrbereichsmitte bei g = 1 folgt Jeweils aus derJenigen der beiden zu trennenden Wellenlängen XI und AII die an den Ort der gemeinsamen Nullstelle der Einhüllenden gelegt wird. Im Fall eines langwellig transmittierenden Kantenfilters ist dies > und beim kurzwellig II transmittierenden Kantenfilter . #I. Für die in der Praxis interessantesten Fälle 1 , 0 und 1 = 1 wird für 1PO und für 1 , 1 erhalten.For the calculation of the layer thicknesses tA and t3 of the layers A and B, the wavelength of the middle of the blocking area at g = 1 follows from the one of the two wavelengths XI and AII to be separated, which is placed at the location of the common zero of the envelope. In the case of a long-wave transmitting edge filter this is> and in the case of a short-wave II transmitting edge filter. #I. For the most interesting cases in practice 1, 0 and 1 = 1, 1PO and for 1, 1 obtain.

Für die tatsächliche Berechnung der Schichtdicken tA und tB gilt allgemein folgendes: Bezeichnen OA und die Brechungswinkel in den Schichten A und B, so liegen die Sperrbereichsmitten des Kantenfilters des in Rede stehenden Typs bei den Wellenlängen #I, für die die effektive optische Schichdicke jeder Schicht A, B und ungerad ganzzahliges Vielfaches der Viertelwellenlänge beträgt, also 1 kennzeichnet dabei die schon erwähnte Ordnung des Filters. Die Sperrbereichsmitten liegen bei Im normierten Wellenzahlmaßstab ergibt sich die Lage der Sperrbereichsmitten zu Die Mitten der Durchlaßbereiche liegen bei Für ein gegebenes Kantenfilter des in Rede stehenden Typs variieren die Reflexionsvermögen für die s- und p-Komponente sowie für unpolarisierte Strahlung innerhalb der Sperrbereiche nur geringfügig mit der Wellenlänge. Es werden Reflexionsvermögen von nahezu 1 erreicht. In den Sperrbereichsmitten erreichen die Reflexionsvermögen für die s-Komponente, die p-Komponente und für unpolarisierte Strahlung jeweils ihre maximalen Werte Rms' R bzw. b Werte R ss Rmp zw. Rm. Diese Werte werden für große k, praktisch für den gesamten Sperrbereich erreicht. Für die praktische Berechnung der Reflexionsvermögen gilt Die zur Dimensionierung des Kantenfilters des in Rede stehenden Typs wesentlichen Größen sind nB, a z0/ a A M' D g5, a gps Rms, Rmp und Rm.For the actual calculation of the layer thicknesses tA and tB, the following generally applies: If OA and denote the angles of refraction in layers A and B, the cut-off range centers of the edge filter of the type in question are at wavelengths #I, for which the effective optical layer thickness of each layer A, B and odd integer multiples of the quarter wavelength, so 1 indicates the order of the filter already mentioned. The middle of the restricted areas are included In the normalized wave number scale the position of the middle of the restricted area results The centers of the pass bands are included For a given edge filter of the type in question, the reflectivities for the s and p components as well as for unpolarized radiation within the blocking regions vary only slightly with the wavelength. Reflectivities of close to 1 are achieved. In the middle of the blocking range, the reflectivities for the s component, the p component and for unpolarized radiation each reach their maximum values Rms' R and b values R ss Rmp and Rm. These values are for large k, practically for the entire blocking range achieved. For the practical calculation of the reflectivity, the following applies The essential quantities for dimensioning the edge filter of the type in question are nB, a z0 / a AM 'D g5, a gps Rms, Rmp and Rm.

Durch eine einfache Umrechung lassen sich daraus die entsprechenden wesentlichen Größen auch für andere Werte von n0 ermitteln. Dies rührt daher, daß die zur Berechnung der obigen Größen relevanten Gleichungen so strukturiert sind, daß statt der drei Brechungsindizes nA, n3 und n0 lediglich die beiden Quotienten nA/no und nB/nO eingehen. Beim Ubergang von no zu n ist folglich nA durch nA, = nAnO'/nO und nB durch nB, = nBnO'/nO zu ersetzen.The corresponding essential quantities for other values as well determine from n0. this is due to the fact that the equations relevant to the calculation of the above quantities are as follows are structured that instead of the three refractive indices nA, n3 and n0 only the both quotients nA / no and nB / nO are included. When going from no to n, it follows that Replace nA by nA, = nAnO '/ nO and nB by nB, = nBnO' / nO.

Als Beispiel wird die Dimensionierung eines Kantenfilters für die zu trennenden WellenlängenI = 755 nm und = 840 nm beschrieben. Der mindestens notwendige relative Kanalabstand folgt daraus zu (840 - 755)/(0,5 ' (755 + 840)) - 0,107. Unter Berücksichtigung der in der Praxis verfügbaren Aufdampfmaterialien und deren Brechungsindizes folgt, daß Kantenfilter der Ordnung 1 = O im vorliegenden Fall nicht geeignet sind, da sie zu große relative Kanalabstände aufweisen. Praktisch alle Kantenfilter der Ordnung 1 = 1 sind dagegeben brauchbar. Da die betrachteten Kantenfilter der Ordnung 1 = 1 kurzwellig transmittierend sind, wird ei an den Ort der gemeinsamen Einhüllenden-Nullstelle gelegt. Um das Reflexionsvermögen für noch etwas zu verbessern, unabhängiger von Fertigungstoleranzen zu werden und bei breitbandigen Sendern Störungen zu vermeiden, ist es zweckmäßig, ein Kantenfilter zu verwenden, dessen relativer Kanalabstand kleiner als der oben aus #I und #II berechnete Wert ist. Die Wellenlänge # II wird dann von der p-Kante aus in Richtung Sperrbereichsmitte verschoben. Diese Verschiebung darf Jedoch nicht so groß werden, daß AII nicht mehr im II Sperrbereich liegt.As an example, the dimensioning of an edge filter for the Wavelengths to be separated I = 755 nm and = 840 nm are described. The least necessary The relative channel spacing follows from this as (840 - 755) / (0.5 '(755 + 840)) - 0.107. Under Consideration of the vapor deposition materials available in practice and their refractive indices it follows that edge filters of order 1 = O are not suitable in the present case, because they have too large relative channel spacings. Practically all edge filters of the On the other hand, orders 1 = 1 can be used. Since the considered edge filters of the order 1 = 1 are short-wave transmitting, ei is at the location of the common envelope zero placed. To improve the reflectivity for something else, more independent of To become manufacturing tolerances and to avoid interference with broadband transmitters, it is advisable to use an edge filter whose relative channel spacing is less than the value calculated from #I and #II above. The wavelength # II becomes then shifted from the p-edge towards the center of the restricted area. This shift However, it must not become so large that AII is no longer in the II restricted area.

Für ein nA ' 2,35, das mit dem Schichtmaterial ZnS realisiert werden kann, folgt für ein umgebendes Medium mit dem Brechungsindex n0 = 1,46 und den Einfallswinkel - = 450, der Wert n3 = 1,52. Als mögliche Schichtmaterialien kommen dafür ThF4, Al203 und LaF3 in Frage.For a nA '2.35, which can be realized with the layer material ZnS can, follows for a surrounding medium with the refractive index n0 = 1.46 and the angle of incidence - = 450, the value n3 = 1.52. ThF4, Al203 and LaF3 in question.

errechnet sich zu 0 = 2517 nm und damit ergeben sSh die Schichtdicken tA = 298 nm und t3 3 564 nm. Die Sperrbereichsmitte des Kantenfilters liegt bei #I = 0/3 = 839 nm. Bezüglich A lautet die Struktur des Kantenfilters S(3H/2 3L Von Interesse für die praktische Anwendung des Kantenfilters sind ferner die Abstände zwischen der Sperrbereichsmitte und den kurz- bzw. langwelligen Kanten der Sperrbereiche. Im vorliegenden Beispiel beträgt # g5 = 0,199 und d gp = 0.0741. Damit ergeben sich die gesuchten Abstände zu dz= = 52 nm, j< = 60 nm, ### 20 nm und J Aqp = 21 nm. Der Parameter k, der die Schichtanzahl 1p und damit das Reflexionsvermögen für u II bestimmt, ist zu k = 12 gewählt. In diesem Fall ergeben sich Rms = 1,000, R = 0,986 und Rm = 0,993. Für k sind, entsprechend mp seiner Definition, nur positiv ganzzahlige Werte physikalisch sinnvoll. is calculated as 0 = 2517 nm and thus sSh gives the layer thicknesses tA = 298 nm and t3 3 564 nm. The cut-off range center of the edge filter is included #I = 0/3 = 839 nm. With respect to A, the structure of the edge filter S is (3H / 2 3L Von The distances are also of interest for the practical application of the edge filter between the middle of the restricted area and the short or long wave edges of the restricted areas. In this example, # g5 = 0.199 and d gp = 0.0741. This results in the sought distances to dz = = 52 nm, j <= 60 nm, ### 20 nm and J Aqp = 21 nm. The parameter k, which determines the number of layers 1p and thus the reflectivity for u II determined, is chosen to be k = 12. In this case, Rms = 1,000, R = 0.986 and Rm = 0.993. For k, according to its definition, mp are only positive integer values physically meaningful.

Das betrachtete Kantenfilter ist gut zur Trennung zweier breitbandiger Sender (Lumineszenzdioden, spektrale Halbwertsbreite 30 - 40 nm) geeignet. Werden stattdessen schmalbandige Sender (Laserdioden, spektrale Halbwertsbreite z 1 nm) verwendet, so kann ein relativer Kanalabstand von 0,076 statt 0,107 realisiert werden, wenn als zu trennende Wellenlängen 760 nm und 820 nm angenommen werden. Eine weitere Verringerung des Kanalabstandes ist nur möglich, wenn größeres Nebensprechen in Kauf genommen wird.The edge filter under consideration is good for separating two broadband ones Transmitter (luminescence diodes, spectral half width 30 - 40 nm) suitable. Will instead narrow-band transmitters (laser diodes, spectral half-width z 1 nm) is used, a relative channel spacing of 0.076 instead of 0.107 can be implemented, if the wavelengths to be separated are assumed to be 760 nm and 820 nm. Another The channel spacing can only be reduced if there is greater crosstalk in Purchase is taken.

3 Patentansprüche 1 Figur Leerseite3 claims 1 figure Blank page

Claims

Claims Optical edge filter in the form of a multilayer system with a predetermined sequence of dielectric layers attached to each side a transparent medium adjoins it, that a) the transparent medium (S or S ') adjoining on one side at least has approximately the same refractive index (nO) as that on the other side adjacent medium (5 'or S) and that b) the refractive indices (nH, nL) of the dielectric Layers (H, L) are selected so that the filling end (ReimaX)) of the secondary reflection maxima in a pass band of the filter, which is a function of the angle of incidence of radiation and the indices of refraction (nH, nL) of the layers (H, L) for a preselected angle of incidence of radiation (90) assumes at least approximately the value zero.

2. Filter according to claim 1, characterized -kennzeichn et that the multilayer system has the layer structure S) kr ', where HL) k is a k-fold sequence of a symmetrical layer-L H) k HM in which a low break basic period LL Z. meaning, at de layer L is arranged between two higher refractive index layers H, and that the defined effective refractive indices fos and 1 for the perpendicular or parallel to the plane of incidence s-component or aligned p-component of the electric field vector of the incident radiation and their defined equivalent refractive indices 7 es or tep for the s or p component are chosen so that at least approximately is applicable.

3. Filter according to claim 2, characterized -kennzeichn et that the refractive index of a layer L of the system S (2-LH / 2 at least approximately is chosen.