DE3623512A1 - Polarisation beibehaltender reflektor und entsprechendes verfahren - Google Patents
Polarisation beibehaltender reflektor und entsprechendes verfahrenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Polarisation bewahrende
Reflektoren sowie Verfahren zu ihrer Herstellung.
In bekannten Lasersystemen sind unweigerlich Reflektoren
vorgesehen, um die Richtung und einige der Polarisationseigenschaften
einer üblicherweise monochromatischen, von
einer Laserquelle ausgehenden Strahlung zu steuern. Reflektoren
dafür sind bekannt, und ein solcher bekannter
Reflektor ist in Fig. 1A gezeigt. Dieser Reflektor trägt optische
Dünnfilmschichten zum Verbessern des Reflexionsvermögens
oder Reflexionsgrades und/oder der Polarisation
eines einfallenden Lichtstrahls. Ferner ist der Reflektor
zur Benutzung mit einem Strahl von bestimmter Wellenlänge
ausgelegt. Im einzelnen weist der Reflektor ein
Substrat auf, auf dem eine stark reflektierende, metallische
Schicht, z. B. Silber oder Aluminium niedergeschlagen
ist. Auf der metallischen Schicht ist insgesamt
ein optischer Belag in Form eines Dünnfilms aufgetragen,
um den Reflektor vor Gefahren aus der Umgebung, wie
Feuchtigkeit, Verkratzungen usw. zu schützen. Die Anordnung
eines solchen dünnen, transparenten, dielektrischen
Films trägt bei zu der Bezeichnung "geschützter Silberreflektor".
Der geschützte Silberreflektor hat eine ihm innewohnende
Eigenschaft, daß nämlich die relative Phase oder der Phasenunterschied
zwischen linearen "p"- und "s"-Polarisationen
eines einfallenden Strahls während jeder Reflexion um
4 bis 6° verschoben wird. Eine solche Phasenverschiebung
oder Verzögerung ist im allgemeinen hinzunehmen, wenn
insgesamt drei oder weniger Reflexionen in einer solchen
Laseranlage erforderlich sind. Wenn jedoch für die Anlage
mehrere Reflektoren benötigt werden, ändert sich die
Polarisation des Strahls so stark, daß der entstehende
Strahl unerwünscht ist. Ein Beispiel für ein solches
Laserzustellsystem mit mehrfacher Reflexion ist in Fig. 3
gezeigt, bei dem acht Reflektoren benutzt sind. Wenn das
in Fig. 3 gezeigte Lasersystem zu Arbeiten benutzt werden
soll, wie dem Schneiden oder Bearbeiten eines dicken
Metallstücks zu einer bestimmten Gestalt, insbesondere
wenn dabei entweder das Werkstück oder der Laserzustellarm
gehandhabt werden muß, ist die Qualität des Schnitts
an unterschiedlichen Stellen des Schnitts unterschiedlich,
weil der Schnitt von der Polarisation des Laserstrahls
abhängt. Das ist bei Schneidarbeiten mit Laser
eine wohl bekannte Erscheinung.
Um den Reflexionsgrad oder Prozentsatz des von einem geschützten
Silberreflektor, wie dem in Fig. 1A gezeigten
reflektierten Lichts zu steigern, wird ein anderer bekannter
Reflektor, wie der in Fig. 2A gezeigte benutzt.
Der in Fig. 2A dargestellt Reflektor weist gleichfalls
ein Substrat auf, auf dem ein stark reflektierendes Metall
niedergeschlagen ist. Statt nur einer dielektrischen
Schicht sind jedoch mehrere abwechselnde Schichten
dielektrischer Dünnfilme niedergeschlagen, wobei das Material
der einen Art des dielektrischen Dünnfilms ein
Material mit hoher Lichtbrechzahl, wie Ge oder TiO2 ist,
während das andere ein Material mit niedrigem Brechungsindex
ist, beispielsweise SiO2, ZnS oder ThF4. Jede dieser
Schichten in Form dünner Filme hat eine optische
Dicke von einer Viertelwelle bei der Wellenlänge des Laserlichtes,
was zu der Bezeichnung "λ/4-Systems
(Quarter Wave Stack)" beiträgt. Diese Art von Reflektor
wird auch insgesamt als "verbesserter Silberreflektor" bezeichnet, und ein Beispiel dafür geht aus US-PS
43 79 622 hervor. Verbesserte Silberreflektoren sollen durch
die Ausnutzung von Viertelwellen bei abwechselnden Werkstoffen
mit hohem und niedrigem Brechungsindex einen höheren
Reflexionsgrad ergeben als die geschützten Silberreflektoren.
Außerdem können verbesserte Silberreflektoren
die einfallende Polarisation erhalten oder bewahren,
wenn der Inzidenzwinkel des Lichtstrahls weniger als ca.
40° beträgt. Dieses Merkmal wurde jedoch bisher
weder erkannt noch gesucht. Wenn die Dicken der Schichten
nicht korrekt abgestimmt sind, d. h. wenn sie nicht
auf die zentrale Wellenlänge des Strahls abgestimmt
sind, kommt es außerdem zu einem unbestimmten Phasenverschiebungsunterschied.
Diese Schwäche ist ähnlich
der der geschützten Silberreflektoren.
Wenn Reflektoren gemäß dem Stand der Technik in Systemen
wie dem in Fig. 3 gezeigten benutzt werden, sind sie so
angeordnet, daß der Einfallswinkel des Laserstrahls 45°
beträgt. Obwohl die Eingrenzung des Inzidenzwinkels aller
Reflektoren auf 45° mechanische Schwierigkeiten bei der
Ausrichtung des Strahls eliminiert, erhöht sich dadurch
die Zahl der benötigten Reflektoren und der Energieverlust
im Laserzustellsystem. Deshalb ist eine solche Einschränkung
unerwünscht.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen die Polarisation bewahrenden
Reflektor zu schaffen, der die Polarisation
eines beliebigen einfallenden Strahls beibehalten kann. Insbesondere
soll ein Reflektor geschaffen werden, der gegenüber dem Einfallwinkel
von einer monochromatischen Lichtquelle unempfindlich ist.
Speziell soll ein die Polarisation bewahrender Reflektor geschaffen werden,
der einen Laserstrahl bündeln oder kollimieren kann.
Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe
wird ein die Polarisation bewahrender Reflektor geschaffen,
der einen einfallenden Strahl monochromatischer
Strahlung mit einer Polarisationskonfiguration und einem Einfallswinkel
spiegelt. Der die Polarisation
bewahrende Reflektor weist ein Substrat, eine dem Substrat
benachbart angeordnete, stark reflektierende
Schicht sowie mindestens zwei optische Dünnfilmschichten
auf, von denen eine der stark reflektierenden Schicht
benachbart angeordnet ist und eine einen hohen Brechungsindex
und eine andere einen niedrigen Brechungsindex hat,
um die einfallende Polarisationskonfiguration zu bewahren
und gleichzeitig bei der Spiegelung des Strahls einen
hohen Reflexionsgrad für einen weiten Bereich des Inzidenzwinkels
von ca. 40° bis 75° zu ergeben.
Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften
Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert. In den Zeichnungen
zeigt:
Fig. 1A eine vereinfachte, schematische Ansicht eines bekannten
Reflektors mit optischen Dünnschichten;
Fig. 1B eine graphische Darstellung der Phasenverschiebung
beim Reflektor gemäß Fig. 1A;
Fig. 1C eine graphische Darstellung des Reflexionsgrades
des Reflektors gemäß Fig. 1A;
Fig. 2A eine vereinfachte, schematische Ansicht eines
weiteren bekannten Reflektors mit optischen Dünnschichten;
Fig. 2B eine graphische Darstellung der Phasenverschiebung
beim Reflektor gemäß Fig. 2A;
Fig. 2C eine graphische Darstellung des Reflexionsgrades
des Reflektors gemäß Fig. 2A;
Fig. 3 eine vereinfachte, perspektivische Ansicht eines
Laserzustellsystems;
Fig. 4A eine vergrößerte, schematische Schnittansicht
eines die Polarisation bewahrenden Reflektors
gemäß der Erfindung;
Fig. 4B eine graphische Darstellung zur Erläuterung der
die Polarisation bewahrenden Eigenschaften des Polarisationsreflektors
gemäß Fig. 4A;
Fig. 4C eine graphische Darstellung des Merkmals des Reflexionsgrades
des die Polarisation bewahrenden Reflektors
gemäß Fig. 4A;
Fig. 5 eine vereinfachte, schematische Ansicht eines Lasersystems
mit dem die Polarisation bewahrenden
Reflektor gemäß Fig. 4A-4C;
Fig. 6 einen vergrößerten Querschnitt und eine schematische
Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels
des die Polarisation bewahrenden Reflektors gemäß
Fig. 4A-4C: eines die Polarisation bewahrenden
Reflektors, der winkelunempfindlich ist;
Fig. 7 eine vereinfachte, schematische Ansicht eines Lasersystems
mit dem winkelunempfindlichen, die Polarisation
bewahrenden Reflektor gemäß Fig. 6;
Fig. 8 ein anderes Ausführungsbeispiel der Reflektoren
gemäß Fig. 4A-4C und 6: eines die Polarisation
bewahrenden Reflektors, der geeignet ist, einen
Laserstrahl zu bündeln;
Fig. 9 eine vereinfachte, schematische Ansicht eines Lasersystems
mit dem fokussierenden, die Polarisation
bewahrenden Reflektor gemäß Fig. 8.
In Fig. 1A ist ein bekannter Reflektor 12 gezeigt, der
ein Substrat 14 aufweist, auf dem eine stark reflektierende
Schicht 16 niedergeschlagen ist. Die reflektierende
Schicht 16 besteht allgemein aus metallischem Werkstoff,
wie Silber, Gold oder Alluminium. Auf der reflektierenden
Schicht 16 ist zum Schutz derselben vor Beschädigungen
durch die Umgebung, wie Feuchtigkeit oder Verkratzungen
eine Schutzschicht 18 niedergeschlagen. Die Schutzschicht
18, allgemein aus einem transparenten, dielektrischen
Werkstoff hat eine optische Dicke von ca. 0,8 einer Viertelwelle.
Der Reflektor 12 ist allgemein geeignet, eine
Reflexion von ca. 98,5% bei dem üblichen Winkel von 45°
zu liefern.
Allerdings hat der Reflektor 12 von Natur aus insofern
einen Nachteil, als er die Eigenschaft hat, relative Phasenunterschiede
zwischen den einfallenden linearen
und orthogonalen "p"- und "s"-Polarisationen eines Laserstrahls
bei der Reflexion einzuführen. Ist z. B.
der auftreffende Laserstrahl kollimiert, monochromatisch
und zirkular polarisiert, d. h. beträgt der Unterschied in
der Phasenverschiebung zwischen den linearen "p"- und
"s"-Polarisationen 90°, dann reduziert der unter einem
Inzidenzwinkel von 45° angeordnete Reflektor 12 den
Phasenunterschied bei der Spiegelung um 4 bis 6°. Eine
solche Änderung des Phasenunterschieds hat zur Folge,
daß der reflektierende Strahl ein in unbestimmter Weise
elliptisch polarisierter statt ein zirkular polarisierter
Strahl wird. Wie aus Fig. 1B hervorgeht, bewirkt der Reflektor
12 einen Phasenverschiebungsunterschied bei der Reflexion
von -45 und -90° bei Einfallswinkeln von 56 bzw. 70°.
Wenn in einer Anordnung, wie dem in Fig. 3 gezeigten Lasersystem
mehrere Reflektoren 12 vorgesehen sind, weicht
die Polarisation so stark von zirkularer Polarisation ab,
daß der entstehende Strahl unerwünscht ist. Das in Fig. 3
gezeigte, mit 30 bezeichnete System weist eine Laserquelle
32, eine Vielzahl rohrförmiger Arme 34 und eine
Fokussiervorrichtung 36 auf. Das System 30 arbeitet mit
einer Vielzahl von Reflektoren 12, die insgesamt an den
Verbindungsstellen zwischen rohrförmigen Armen 34 und an
der Verbindungsstelle zwischen einem dieser Arme 34 und
der Fokussiervorrichtung 36 angeordnet sind. Die Benutzung
und Anordnung von Reflektoren 12 ist dem Fachmann
bekannt.
Bei der Anwendung des Systems 30 wird ein roboterartiges
Zustellarmsystem 38 benutzt, mit dem die Fokussiervorrichtung
36 über einem hier nicht gezeigten Werkstück in ihrer Lage
gebracht wird. Wenn das Zustellsystem 38 die Fokussiervorrichtung
36 zum Schneiden oder Bearbeiten des Werkstücks
verfährt, beispielsweise zum Bohren eines Lochs oder zum
Schneiden einer Linie, ist die Elliptizität des aus der
Fokussiervorrichtung 36 austretenden Strahls größer als
erwünscht. Da zur Erzielung des besten Schnitts die erforderliche
Elliptizität Eins ist, haben Strahlen mit von der
zirkularen Polarisation abweichenden Polarisationen höhere
Elliptizitäten als Eins, und das bedeutet eine stärker
elliptische Polarisation. Übersteigt die Elliptizität
einen akzeptablen Wert von 1,15, dann verschlechtert
sich die Qualität des Schnitts so, daß bei
Anwendung des Systems 30 zum Bohren eines Lochs die Gestalt
des Lochs elliptisch und nicht mehr kreisförmig
würde. Oder wenn ein Kreis geschnitten werden sollte,
wären die Schnittiefe und Schnittbreite um den Kreis herum
unterschiedlich. Die Qualität des mit einem System 30 unter
Verwendung von Reflektoren 12 erzeugten Schnitts ist also
unerwünscht. Um Nachteile, wie die ungleichförmige Schnittiefe
zu vermeiden, ist zusätzliche Arbeit nötig, entweder
erneutes Positionieren des Werkstücks und neuerliches Schneiden
mit dem Lasersystem 30 oder unter Verwendung anderer
Werkzeuge.
Fig. 2A zeigt einen weiteren bekannten Reflektor 20, der
dem Reflektor 12 insofern ähnelt, als ein Substrat 22
vorgesehen ist, auf welchem eine stark reflektierende,
metallische Schicht 24 niedergeschlagen ist. Der Reflektor
20 weist ferner alternierende Dielektrikum-Schichten
auf; Schichten 26 A und 28 A bestehen aus Werkstoffen
mit niedrigem Brechungsindex, wie SiO2, ZnS, ThF4,
während Schichten 26 B und 28 B aus Werkstoffen bestehen,
die einen hohen Brechungsindex haben, wie Ge und TiO2.
Jede dieser dielektrischen Schichten hat eine optische
Dicke von einer Viertelwelle einer Laserwellenlänge, was zu
dem Ausdruck "Satz von λ/4-Schichten" beiträgt. Zwar
kann der Reflektor 20 einen höheren Reflexionsgrad ergeben
als der Reflektor 12, aber die Dicken der verschiedenen
dielektrischen Schichten müssen abgestimmt werden,
um eine Phasenverschiebung von null zu erreichen. Das
Reflexionsvermögen des Reflektors 12 und des Reflektors
20 ist in Fig. 1C bzw. 2C dargestellt. Obwohl Versuchsdaten
angeben, daß der Reflektor 20 eine "p"- bis "s"-
Phase von weniger als 6° hat, wenn der Inzidenzwinkel
weniger als 40° beträgt, wurde diese Eigenschaft weder erkannt
noch genutzt, da der Reflektor 20 im allgemeinen
unter dem herkömmlichen Winkel von 45° angeordnet wird.
In der Praxis kann der Reflektor 20 seinem hohen Reflexionsgrad
nicht beibehalten, wenn der Einfallswinkel
über 45° hinausgeht. Wie am besten in der graphischen
Darstellung der Fig. 2B erkennbar ist, verschlechtert
sich das Reflexionsvermögen des Reflektors 20 rasch, in
dem Maß, in dem der Inzidenzwinkel über 45° hinausgeht.
Wenn das System 30 mit einer Vielzahl beliebig gewählter
Reflektoren 20 ausgestattet wird, kann es, muß aber nicht,
einen Schneidstrahl erzeugen, dessen Elliptizität innerhalb
des akzeptablen Bereichs von 1 bis 1,15 liegt. Der
Wert bei dem System 30 liegt nicht immer unter 1,15, weil
der Phasenverschiebungsunterschied jedes Reflektors 20 nicht
Null ist. Und wenn eine Vielzahl von Reflektoren 20 nötig ist,
können sich die Phasenverschiebungsunterschiede beim System
30 akkumulieren und zu einer Elliptizität führen, die viel
größer ist als 1,15. Ein System 30 mit Reflektoren 20
kann infolgedessen die gleiche Schwäche aufweisen wie ein
System 30, in dem Reflektoren 12 verwendet sind.
Um die Nachteile bekannter Reflektoren 12 und 20 zu vermeiden,
wird ein die Polarisation bewahrender Reflektor
40 geschaffen, wie am besten aus Fig. 4A hervorgeht. Der
die Polarisation erhaltende Reflektor 40 weist ein Substrat
42 auf, auf welchem eine stark reflektierende
Schicht 44 niedergeschlagen ist. Die reflektierende
Schicht 44 weist einen metallischen Werkstoff, wie Silber,
Gold oder Aluminium auf. Darüberhinaus weist der
Reflektor 40 zwei optische Schichten in Form dünner Filme
auf, und zwar eine Schicht 46 mit niedrigem Brechungsindex
und eine Schicht 48 mit hohem Brechungsindex. Die
Schicht 46 mit dem niedrigen Brechungsindex weist ein
Dielektrikum mit niedrigem Brechungsindex, wie SiO2, ZnS
oder ThF4 auf. Die Schicht 48 mit dem hohen Brechungsindex
weist ein dielektrisches Material mit hohem Brechungsindex,
wie Ge oder TiO2 auf. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
bestehen die dielektrischen Schichten 46
und 48 aus ThF4 bzw. Ge. Es sei ferner erwähnt, daß der
Reflektor 40 mit einer Vielzahl von solchen dielektrischen
Schichten versehen sein kann. Ferner ist beim Reflektor
40 dem Substrat 42 benachbart ein Kühlkörper 50
angeordnet, um die von dem auf den Reflektor 40 auftreffenden
Laserstrahl erzeugte Wärme abzuführen.
Wie aus Fig. 4A hervorgeht, ist der einfallende Strahl
beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ein kollimierter,
monochromatischer und zirkular polarisierter Laserstrahl,
den ein CO2-Laser erzeugt. Die Wellenlänge des CO2-Lasers
beträgt ca. 10,6 µm. Der Einfallswinkel des Laserstrahls
ist so gewählt, daß er ca. 45° beträgt. Zirkulare Polarisation
läßt sich am besten beschreiben als zwei lineare,
orthogonale Polarisationen, die um 90° außer Phase sind
und die im allgemeinen mit dem Buchstaben "p" bzw. "s"
bezeichnet werden. Bei der Reflexion durch den die Polarisation
bewahrenden Reflektor 40 hat jede der reflektierten
"p"- und "s"-Polarisationen etwa die gleiche Amplitude,
und die Phasenverschiebung zwischen ihnen bleibt erhalten.
Grundsätzlich ist die differentielle Phasenverschiebung
der "p"- und "s"-Komponenten des reflektierten
Strahls mit der des einfallenden Strahls identisch. Deshalb
bleibt die Polarisation des reflektierten Strahls
erhalten. Der Reflektor 40 kann nicht nur einfallende
zirkulare Polarisationen bewahren sondern auch alle anderen
Arten einfallender Polarisationen, wie der linearen
und elliptischen Polarisation.
Wie aus Fig. 4B hervorgeht, wird der Phasenverschiebungsunterschied
bei der Reflexion durch den Reflektor 40 für
den Bereich von Einfallswinkeln von 0° bis 75° innerhalb
von ±2,5° gehalten. Dieser Bereich ist zu vergleichen mit
dem nichterkannten Bereich von 0° bis 40° für den verbesserten
Silberreflektor 20, wie am besten aus Fig. 2B hervorgeht.
Der durchschnittliche Reflexionsgrad, d. h. der Durchschnittswert
der "p"- und "s"-Reflexionsgrade ist größer als 99,5%
für den gleichen Bereich von Inzidenzwinkeln, wie in Fig. 4C
dargestellt.
Um die gewünschten Eigenschaften für den Reflektor 40 zu
erhalten, werden die folgenden Funktionalformen angewandt:
(R p , R s , Δ) = f(ϕ, λ, N j , d i ), i = 1, 2; j = 0, 1, 2
worin R p = "p"-Polarisationsreflexionsgrad des Systems,
R s = "s"-Polarisationsreflexionsgrad des Systems,
Δ = gewünschte relative Phasenverschiebung zwischen Polarisationen,
ϕ = Inzidenzwinkel des einfallenden Strahls,
λ = Wellenlänge des Strahls,
N j = Brechungsindex der Umgebung, der metallischen Schicht 44, der Schicht 46 bzw. der Schicht 48,
d i = Dicke der Schicht 46 bzw. der Schicht 48.
R s = "s"-Polarisationsreflexionsgrad des Systems,
Δ = gewünschte relative Phasenverschiebung zwischen Polarisationen,
ϕ = Inzidenzwinkel des einfallenden Strahls,
λ = Wellenlänge des Strahls,
N j = Brechungsindex der Umgebung, der metallischen Schicht 44, der Schicht 46 bzw. der Schicht 48,
d i = Dicke der Schicht 46 bzw. der Schicht 48.
Die obige Funktional-Beziehung wird durch das Verhältnis
der komplexen Amplituden-Reflexionskoeffizienten R p
und R s repräsentiert:
Insbesondere läßt sich jeder der Reflexionskoeffizienten
R p und R s darstellen durch
Da R p und R s auch jeweils als Produkt eines Größenund
eines Phasenterms definiert werden kann,
R ν = R ν e j ν , ν=p, s
worin δ die absolute Phasenverzögerung der "p"- oder "s"-
Komponente ist. Wenn der Größenterm zum Quadrat erhoben
wird, läßt sich das Reflexionsvermögen oder der
Prozentsatz der einfallenden Energie, der reflektiert
wird, wie folgt ausdrücken
R ν = R ν 2, ν=p, s wo Δ=δ p -δ s .
Ferner sind R p und R s Funktionen der Fresnelschen komplexen
Grenzflächenreflexionskoeffizienten, die durch
folgende Gleichungen gegeben sind:
(i, j) = (0, 1), (1, 2), (2, 3)
(i, j) = (0, 1), (1, 2), (2, 3).
Die Fresnelschen Grenzflächenkoeffizienten sind ihrerseits
Funktionen der komplexen Brechzahlen der dielektrischen
Schichten und Substrate und des Einfallswinkels
des Lichtstrahls, wodurch sich folgende Beziehungen ergeben:
S i = (N 2 i -N 2 O sin 2 ϕ) 1/2, i = 0, 1, 2, 3
N i = n i -j k i , i = (0, 1, 2, 3); j=√-1.
N i = n i -j k i , i = (0, 1, 2, 3); j=√-1.
Ferner sind R p und R s auch Funktionen der Filmdicken d i
und der Filmperioden, die durch folgende Gleichungen gegeben
sind:
ν i = 1, 2
i = 1, 2
Wenn man das Verhältnis von R p und R s nimmt, werden zwei
ellipsometrische Parameter definiert, wobei tan (ψ)
das Verhältnis der Amplituden und Δ der Phasenverschiebungsunterschied
der "p"- und "s"-Polarisationen nach
Reflexion sind. Der Phasenverschiebungsunterschied und
die "p"- und "s"-Reflexionsgrade sind also eine Funktion
des Inzidenzwinkels, der Wellenlänge, der Berechnungsindizes
von Umgebung, dielektrischen Schichten 46 und 48 und
Substrat 44 sowie der Dicke der Schichten 44, 46 und 48.
Im Lichte dieser Beziehungen sind die gewünschten "p"-
und "s"-Reflexionsgrade Eins und der erwünschte Phasenverschiebungsunterschied
Null. Darüber hinaus sind der Brechungsindex
entweder der metallischen Schicht 44, der Schicht
46 oder der Schicht 48 und die Wellenlänge des einfallenden
Strahls bekannt, wobei der Inzidenzwinkel so gewählt
ist, daß er 45° beträgt. Der komplexe Brechungsindex der
metallischen Schicht 44, eines Silbermaterials, ist
N s = 11,8327 - i72,7107. Für die Schicht 46 mit niedrigem
Brechungsindex (ThF4) gilt N 1 = 1,4 - i0,0004 und
für die Schicht 48 mit hohem Brechungsindex (Ge) gilt
N h = 4,1 - i0,0007. Die Wellenlänge des CO2-Strahls beträgt
10,6 µm. Die einzigen unbekannten Parameter sind
folglich die Dicken der beiden dielektrischen Schichten.
Deshalb kann die Dicke der beiden Schichten variiert
werden, um die erwünschten Parameter Reflexionsvermögen
und Phasenverschiebungsunterschied zu definieren.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die berechnete Dicke der Schicht 46 mit niedrigem
Brechungsindex 2,4858 µm, und das entspricht einer optischen
λ/4-Dicke von 13,9204. Ähnlich beträgt
die berechnete Dicke der Schicht 48 mit dem hohen Brechungsindex
0,666 µm, und das entspricht 10,9227 λ/4-Dicke.
Bei diesen Schichtdicken hat der die Polarisation bewahrende
Reflektor 40 ein durchschnittliches Reflexionsvermögen,
welches über 99,5% liegt, und einen Phasenverschiebungsunterschied,
der über einem Bereich des Inzidenzwinkels
von 0° bis 75° innerhalb von Null ±2,5° liegt. Es
sei hier darauf hingewiesen, daß jede beliebige Kombination
von Schichten und Werkstoffen so optimiert werden
kann, daß eine die Polarisation bewahrende Reflexion
erzielt wird.
Wenn eine Vielzahl von die Polarisation bewahrenden Reflektoren
40 in einem Lasersystem 60 angeordnet wird,
wie am besten aus dem Schema gemäß Fig. 5 hervorgeht,
wird bei dem resultierenden Laserstrahl die auftreffende
zirkulare Polarisation des einfallenden Strahls beibehalten.
Bei dem bekannten System 30 unter Verwendung
von Reflektoren 12 oder 20 entstünde ein Strahl, der von
der zirkularen Polarisation erheblich abwiche, wodurch
bei einem Werkstück ein Schnitt von geringer Qualität das
Ergebnis wäre. Bei Verwendung von Reflektoren 40 liegt
die Elliptizität des aus dem System 60 austretenden
Strahls unterhalb der gewünschten Obergrenze von 1,15. Da
das System 60 geeignet ist, einen Strahl von hoher Energie
abzugeben, d. h. einen Strahl von mindestens 100 W,
weist jeder Reflektor 40 einen Kühlkörper 50 auf, um die
vom Laserstrahl erzeugte Wärme abzuführen. Bei dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel dient als Kühlkörper 50 eine
herkömmliche, mit Wasser gekühlte Vorrichtung.
In Fig. 6 ist eine Alternative zum Polarisationsreflektor
40 dargestellt. Dieser die Polarisation bewahrende Reflektor
140 kann seine die Polarisation erhaltende Funktion
unabhängig vom Einfallswinkel des Laserstrahls erfüllen.
Da viele Elemente bei diesem alternativen Ausführungsbeispiel
Elementen des bevorzugten Ausführungsbeispiels
ähneln, ist den Bezugszeichen für die entsprechenden Elemente
des bevorzugten Ausführungsbeispiels die Ziffer "1" vorgesetzt. Das Substrat bei dem alternativen Ausführungsbeispiel
ist beispielsweise mit 142 gekennzeichnet.
Der die Polarisation bewahrende, winkelunempfindliche Reflektor
140 weist ein Substrat 142 auf, auf welches eine
stark reflektierende Schicht 144 aufgetragen ist. Gleichfalls
niedergeschlagen ist eine dielektrische Schicht
146 mit niedrigem Brechungsindex und eine dielektrische
Schicht 148 mit hohem Brechungsindex. Ferner ist dem Substrat
142 benachbart ein Kühlkörper 150 angeordnet. Das
für die einzelnen Komponenten des Reflektors 140 verwendete
Material entspricht dem jeweiligen Gegenstück beim
Reflektor 40. Unter Anwendung der vorstehend beschriebenen
mathematischen Gleichungen werden die Dicken der
Schichten 146 und 148 gewählt, wobei der Inzidenzwinkel
innerhalb des Bereichs von 0° bis 75° schwankt. Gemäß
dieser Berechnung kann der Reflektor 140, wenn die
Abmessungen seiner Schichten 146 und 148 die gleichen
sind wie beim Reflektor 40, die Polarisation bewahren
und einen hohen Reflexionsgrad aufrechterhalten, wenn
der Einfallswinkel im Bereich von 0° bis 75° liegt, wie
aus Fig. 4B und 4C hervorgeht. Der Phasenverschiebungsunterschied
wird in diesem Bereich der Inzidenzwinkel
innerhalb von ±2,5° von null gehalten, und der durchschnittliche
Reflexionsgrad wird auf ca. 99,5% gehalten.
Die Verwendung von winkelunempfindlichen, die Polarisation
bewahrenden Reflektoren 140 ist in Fig. 7 dargestellt.
Zu dem in Fig. 7 gezeigten System 160 gehört eine Laserquelle
132, ein herkömmlicher Viertelwellen-Reflektor 152
sowie eine Vielzahl von Reflektoren 140. Anstatt einer
Einschränkung auf die Benutzung von Reflektoren, die unter
einem Winkel von 45° angeordnet sein müssen, sind die Reflektoren
140 unter den verschiedensten Winkeln angeordnet,
um einen Laserstrahl zum Werkstück 162 austreten zu
lassen. Anstelle der Benutzung von acht Reflektoren unter
einem Winkel von 45°, beispielsweise dem System 30 gemäß
Fig. 3 oder dem System 60 gemäß Fig. 5 brauchen zur Erzielung
des gleichen Ergebnisses nur eine geringere Anzahl
von Reflektoren, beispielsweise zwei winkelunempfindliche
Reflektoren 140, benutzt zu werden. Mit dem System 160
lassen sich weitere Vorteile insofern erzielen, als der
Energieverlust im Zustellsystem geringer ist, weniger
optische Elemente ausgerichtet werden müssen, und die
Kosten aufgrund der kleineren Anzahl der benötigten Reflektoren
niedriger sind.
Ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in Fig. 8 dargestellt. Dieser die Polarisation
bewahrende Reflektor 240 kann einen Laserstrahl bündeln.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Ziffer "2" den Bezugszeichen
hinzugefügt, die entsprechende Elemente beim
bevorzugten Ausführungsbeispiel kennzeichnen. Der ins
Auge springende Unterschied zwischen dem Reflektor 240
und dem Reflektor 40 besteht in der Tatsache, daß der
Reflektor 240 mit einer gekrümmten Oberfläche gestaltet
ist. Der toroidale Reflektor 240 weist ein Substrat 242
auf, auf welches eine stark reflektierende, metallische
Schicht 244 aufgetragen ist. Darüberhinaus ist eine dielektrische
Schicht 246 mit niedrigem Brechungsindex und
eine dielektrische Schicht 248 mit hohem Brechungsindex
vorgesehen. Dem Substrat 242 benachbart ist außerdem ein
Kühlkörper 250 angeordnet.
Der Krümmungsradius des Reflektors 240 ist so gewählt,
daß die Brennweite des Reflektors 240 in einem typischen
Bereich von 5,08 bis 25,40 cm (2 bis 10 Zoll) liegt. Die
Wahl der Brennweite liegt für den Fachmann auf der Hand.
Der Reflektor 240, der eine gewählte Krümmung hat, kann
einen Laserstrahl bündeln, der unter einem bestimmten,
festen Einfallswinkel auf ihn auftrifft.
Ein Anwendungsfall eines toroidalen, fokussierenden Reflektors
240 ist in Fig. 9 dargestellt. Das hier dargestellte
System 260 weist eine Laserquelle 232 sowie zwei
toroidale, fokussierende Reflektoren 240 auf, so daß sie
als Kollimator wirken. Wenn ein Laserstrahl eine bestimmte
Entfernung zurückgelegt hat, hat er die Tendenz, aus
dem kollimierten Zustand zu diffundieren. Deshalb ist
eine Kollimation nötig, um den Laserstrahl erneut zu
kollimieren und wieder in einen brauchbaren Zustand zu
bringen. Kollimatoren, mit denen diese Aufgaben erfüllt
werden, sind bekannt.
Als Fokussiervorrichtungen für solche bekannten Kollimatoren
dienen allerdings in Transmission arbeitende Linsen,
die den Nachteil haben, daß das Linsenmaterial Energie vom
Laserstrahl absorbiert, wodurch die Temperatur in der Mitte
der Linse steigt. Dadurch ändert sich wiederum der Brechungsindex
der Linse, was die Brennweite verändert. Bei
einer Änderung der Brennweite der Linse wiederum kann
die Qualität des mit einem System, wie dem System 30 gemäß
Fig. 2 erzeugten Schnitts nicht eingehalten werden.
Diese Auswirkung wird als thermischer Linseneffekt bezeichnet.
Der thermische Linseneffekt tritt bei Lasersystemen
hoher Leistung stärker in Erscheinung, beispielsweise
bei über 500 W. Ein wichtiger Anwendungsfall eines
toroidalen, fokussierenden Reflektors 240 besteht im Ersatz
der Transmissions-Fokussierlinse in der Fokussiervorrichtung
36 gemäß Fig. 3 oder einer sonstigen Fokussiervorrichtung,
beispielsweise der in Fig. 7 nicht dargestellten.
Mit dem toroidalen, fokussierenden Reflektor
240 werden also die Nachteile der bekannten Transmissions-
Fokussierlinse herabgesetzt.
Für den Fachmann liegt auf der Hand, daß die verschiedensten
Abwandlungen möglich sind. So kann z. B. ein toroidaler,
fokussierender Reflektor 240 die Fokussiervorrichtung
36 beim bekannten System 30 ersetzen. Außerdem
kann der fokussierende Reflektor 240 als Ersatz für einen
oder mehrere Reflektoren 40 im System 60 gemäß Fig. 5
oder statt des Reflektors 140 gemäß Fig. 7 benutzt werden.
Grundsätzlich können fokussierende Reflektoren 240
immer dann vorgesehen werden, wenn eine Kollimation oder
Bündelung erforderlich ist. Ferner ist die Art des verwendbaren
Lasers nicht auf den CO2-Laser beschränkt. Es
kann jede beliebige, verfügbare Art mit den verschiedensten
Wellenlängen benutzt werden. Außerdem können nachtürlich
die die Polarisation bewahrenden Reflektoren 40,
140 und 240 die Polarisation des einfallenden Strahls
erhalten, wenn die auftreffende Polarisation von beliebiger
Art ist. Schließlich kann das Reflexionsvermögen
der die Polarisation bewahrenden Reflektoren 40, 140 und
240 dadurch verbessert werden, daß oben auf den Konstruktionen
der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
ein oder zwei weitere Paare dielektrischer Schichten 46, 48 mit hohem bzw. niedrigem Brechungsindex hinzugefügt
werden.
Claims (41)
1. Die Polarisation bewahrender Reflektor zur
Reflexion eines einfallenden Strahls monochromatischer
Strahlung, mit einer Polarisationskonfiguration und einen
Inzidenzwinkel,
gekennzeichnet durch
- ein Substrat,
- eine dem Substrat benachbart angeordnete, stark reflektierende Schicht,
- und mindestens zwei optische Dünnfilmschichten, von denen eine der stark reflektierenden Schicht benachbart angeordnet ist und eine einen hohen Brechungsindex und eine andere einen niedrigen Brechungsindex hat, um die einfallende Polarisationskonfiguration aufrechtzuerhalten, wobei beim Reflektieren des Strahls über einen weiten Bereich des Einfallswinkels von ca. 40° bis 75° ein hoher Reflexionsgrad erzeugt wird.
- ein Substrat,
- eine dem Substrat benachbart angeordnete, stark reflektierende Schicht,
- und mindestens zwei optische Dünnfilmschichten, von denen eine der stark reflektierenden Schicht benachbart angeordnet ist und eine einen hohen Brechungsindex und eine andere einen niedrigen Brechungsindex hat, um die einfallende Polarisationskonfiguration aufrechtzuerhalten, wobei beim Reflektieren des Strahls über einen weiten Bereich des Einfallswinkels von ca. 40° bis 75° ein hoher Reflexionsgrad erzeugt wird.
2. Reflektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß er unter Anwendung
folgender Funktionalform ausgelegt ist
(R p , R s , Δ) = f(ϕ, λ, N j , d i ), i = 1, 2; j = 0, 1, 2worin R p = "p"-Polarisationsreflexionsgrad des Systems,
R s = "s"-Polarisationsreflexionsgrad des Systems,
Δ = gewünschte relative Phasenverschiebung zwischen Polarisationen,
d = Inzidenzwinkel des einfallenden Strahls,
λ = Wellenlänge des Strahls,
N j = Brechungsindex der Umgebung, der reflektierenden Schicht bzw. der brechenden Schicht,
d i = Dicke der reflektierenden Schicht bzw. der brechenden Schicht.
R s = "s"-Polarisationsreflexionsgrad des Systems,
Δ = gewünschte relative Phasenverschiebung zwischen Polarisationen,
d = Inzidenzwinkel des einfallenden Strahls,
λ = Wellenlänge des Strahls,
N j = Brechungsindex der Umgebung, der reflektierenden Schicht bzw. der brechenden Schicht,
d i = Dicke der reflektierenden Schicht bzw. der brechenden Schicht.
3. Reflektor nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten
mit den Brechungsindizes ein dielektrisches Material aufweisen.
4. Reflektor nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die stark reflektierende
Schicht einen metallischen Werkstoff aufweist.
5. Reflektor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht
mit hohem Brechungsindex Ge und die Schicht mit niedrigem
Brechungsindex ThF4 aufweist.
6. Reflektor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die stark reflektierende
Schicht Silber aufweist.
7. Reflektor nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Substrat
benachbart ein Kühlkörper angeordnet ist, der von der
Lichtquelle erzeugte Wärme abführt.
8. Die Polarisation bewahrender Reflektor zur
Reflexion eines einfallenden Strahls monochromatischer
Strahlung mit einer Polarisationskonfiguration und einem
Inzidenwinkel,
gekennzeichnet durch
- ein Substrat,
- eine dem Substrat benachbart angeordnete stark reflektierende Schicht, die eine Dicke hat, und
- mindestens zwei optische Dünnfilmschichten, von denen eine der stark reflektierenden Schicht benachbart angeordnet ist und eine einen hohen Brechungsindex und eine andere einen niedrigen Brechungsindex hat, wobei jede der Schichten mit dem Brechungsindex eine Dicke hat, und die Dicke der reflektierenden Schicht und die Dicke der optischen Dünnfilmschichten so gewählt sind, daß die einfallende Polarisationskonfiguration erhalten bleibt, während ein hoher Reflexionsgrad nach Reflektieren des Strahls vom die Polarisation bewahrenden Reflektor für einen weiten Bereich des Inzidenzwinkels von ca. 40° bis 75° erhalten wird.
- ein Substrat,
- eine dem Substrat benachbart angeordnete stark reflektierende Schicht, die eine Dicke hat, und
- mindestens zwei optische Dünnfilmschichten, von denen eine der stark reflektierenden Schicht benachbart angeordnet ist und eine einen hohen Brechungsindex und eine andere einen niedrigen Brechungsindex hat, wobei jede der Schichten mit dem Brechungsindex eine Dicke hat, und die Dicke der reflektierenden Schicht und die Dicke der optischen Dünnfilmschichten so gewählt sind, daß die einfallende Polarisationskonfiguration erhalten bleibt, während ein hoher Reflexionsgrad nach Reflektieren des Strahls vom die Polarisation bewahrenden Reflektor für einen weiten Bereich des Inzidenzwinkels von ca. 40° bis 75° erhalten wird.
9. Reflektor nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten
mit den Brechungsindizes ein dielektrisches Material aufweisen.
10. Reflektor nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die stark reflektierende
Schicht einen metallischen Werkstoff aufweist.
11. Reflektor nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht
mit hohem Brechungsindex Ge und die Schicht mit niedrigem
Brechungsindex ThF4 aufweist.
12. Reflektor nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die stark reflektierende
Schicht Silber aufweist.
13. Reflektor nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Substrat
benachbart ein Kühlkörper angeordnet ist, der von der
Lichtquelle erzeugte Wärme abführt.
14. Verfahren zur Herstellung eines Reflektors, der
die Polarisationskonfiguration eines einfallenden Strahls
monochromatischer Strahlung bewahrt,
dadurch gekennzeichnet,
- daß ein Substrat geschaffen wird,
- daß dem Substrat benachbart eine stark reflektierende Schicht geschaffen wird, und
- daß mindestens zwei optische Dünnfilmschichten geschaffen werden, von denen eine der stark reflektierenden Schicht benachbart angeordnet wird und eine einen hohen Brechungsindex und eine andere einen niedrigen Brechungsindex hat, wobei die einfallende Polarisationskonfiguration nach Reflexion von den brechenden Schichten aufrechterhalten wird.
- daß ein Substrat geschaffen wird,
- daß dem Substrat benachbart eine stark reflektierende Schicht geschaffen wird, und
- daß mindestens zwei optische Dünnfilmschichten geschaffen werden, von denen eine der stark reflektierenden Schicht benachbart angeordnet wird und eine einen hohen Brechungsindex und eine andere einen niedrigen Brechungsindex hat, wobei die einfallende Polarisationskonfiguration nach Reflexion von den brechenden Schichten aufrechterhalten wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die folgende
Funktionalform benutzt wird
(R p , R s , Δ) = f(ϕ, λ, N j , d i ), i = 1, 2; j = 0, 1, 2worin R p = "p"-Polarisationsreflexionsgrad des Systems,
R s = "s"-Polarisationsreflexionsgrad des Systems,
Δ = gewünschte relative Phasenverschiebung zwischen Polarisationen,
d = Inzidenzwinkel des einfallenden Strahls,
λ = Wellenlänge des Strahls,
N j = Brechungsindex der Umgebung, der reflektierenden Schicht bzw. der brechenden Schicht,
d i = Dicke der reflektierenden Schicht bzw. der brechenden Schicht.
R s = "s"-Polarisationsreflexionsgrad des Systems,
Δ = gewünschte relative Phasenverschiebung zwischen Polarisationen,
d = Inzidenzwinkel des einfallenden Strahls,
λ = Wellenlänge des Strahls,
N j = Brechungsindex der Umgebung, der reflektierenden Schicht bzw. der brechenden Schicht,
d i = Dicke der reflektierenden Schicht bzw. der brechenden Schicht.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die einfallende
Polarisationskonfiguration für einen Inzidenzwinkel
aufrechterhalten wird, der von 0° bis 75° reicht.
17. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß ein hoher Reflexionsgrad
für einen Inzidenzwinkel aufrechterhalten
wird, der von 0° bis 75° reicht.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten
mit den Brechungsindizes ein dielektrisches Material aufweisen.
19. Verfahren nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß die stark reflektierende
Schicht einen metallischen Werkstoff aufweist.
20. Verfahren nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht
mit hohem Brechungsindex Ge und die Schicht mit niedrigem
Brechungsindex ThF4 aufweist.
21. Verfahren nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, daß die stark reflektierende
Schicht Silber aufweist.
22. Verfahren nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet, daß von der Lichtquelle
erzeugte Wärme abgeführt wird.
23. Winkelunempfindlicher, Polarisation bewahrender
Reflektor, der einen einfallenden Strahl monochromatischer
Strahlung mit einer Polarisationskonfiguration
reflektiert, der unter einem Inzidenzwinkel
auftritt,
gekennzeichnet durch
- ein Substrat,
- eine dem Substrat benachbart angeordnete, stark reflektierende Schicht, und
- mindestens zwei optische Dünnfilmschichten, von denen eine der stark reflektierenden Schicht benachbart angeordnet ist und eine einen hohen Brechungsindex und eine andere einen niedrigen Brechungsindex hat, um die einfallende Polarisationskonfiguration nach Reflektieren unabhängig von Inzidenzwinkel aufrechtzuerhalten.
- ein Substrat,
- eine dem Substrat benachbart angeordnete, stark reflektierende Schicht, und
- mindestens zwei optische Dünnfilmschichten, von denen eine der stark reflektierenden Schicht benachbart angeordnet ist und eine einen hohen Brechungsindex und eine andere einen niedrigen Brechungsindex hat, um die einfallende Polarisationskonfiguration nach Reflektieren unabhängig von Inzidenzwinkel aufrechtzuerhalten.
24. Reflektor nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, daß er unter Anwendung
der folgenden Funktionalform ausgelegt ist:
(R p , R s , Δ) = f(ϕ, λ, N j , d i ), i = 1, 2; j = 0, 1, 2worin R p = "p"-Polarisationsreflexionsgrad des Systems,
R s = "s"-Polarisationsreflexionsgrad des Systems,
Δ = gewünschte relative Phasenverschiebung zwischen Polarisationen,
d = Inzidenzwinkel des einfallenden Strahls,
λ = Wellenlänge des Strahls,
N j = Brechungsindex der Umgebung, der reflektierenden Schicht bzw. der brechenden Schicht,
d i = Dicke der reflektierenden Schicht bzw. der brechenden Schicht.
R s = "s"-Polarisationsreflexionsgrad des Systems,
Δ = gewünschte relative Phasenverschiebung zwischen Polarisationen,
d = Inzidenzwinkel des einfallenden Strahls,
λ = Wellenlänge des Strahls,
N j = Brechungsindex der Umgebung, der reflektierenden Schicht bzw. der brechenden Schicht,
d i = Dicke der reflektierenden Schicht bzw. der brechenden Schicht.
25. Reflektor nach Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet, daß die einfallende
Polarisationskonfiguration für einen Inzidenzwinkel
aufrecherhalten bleibt, der von 0° bis 75° reicht.
26. Reflektor nach Anspruch 24 oder 25,
dadurch gekennzeichnet, daß der hohe Reflexionsgrad
für einen Inzidenzwinkel aufrechterhalten
bleibt, der von 0° bis 75° reicht.
27. Reflektor nach Anspruch 26,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten
mit den Brechungsindizes ein dielektrisches Material aufweisen.
28. Reflektor nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet, daß die stark reflektierende
Schicht einen metallischen Werkstoff aufweist.
29. Reflektor nach Anspruch 28,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht
mit hohem Brechungsindex Ge und die Schicht mit niedrigem
Brechungsindex ThF4 aufweist.
30. Reflektor nach Anspruch 29,
dadurch gekennzeichnet, daß die stark reflektierende
Schicht Silber aufweist.
31. Reflektor nach Anspruch 30,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Substrat
benachbart ein Kühlkörper angeordnet ist, der von der
Lichtquelle erzeugte Wärme abführt.
32. Fokussierender, Polarisation bewahrender
Reflektor, der einen einfallenden Strahl monochromatischer
Strahlung mit einer Polarisationskonfiguration reflektiert
und bündelt,
gekennzeichnet durch
- ein Substrat mit einem Krümmungsradius, so daß eine Brennweite definiert wird, deren eines Ende ein Brennpunkt ist,
- eine dem Substrat benachbart angeordnete, stark reflektierende Schicht, die den Krümmungsradius hat, und
- mindestens zwei optische Dünnfilmschichten, von denen eine der stark reflektierenden Schicht benachbart angeordnet ist, wobei diese optischen Dünnfilmschichten den Krümmungsradius haben und eine derselben einen hohen Brechungsindex und eine andere einen niedrigen Brechungsindex hat, um die einfallende Polarisationskonfiguration beim Bündeln des reflektierten Strahls auf den Brennpunkt aufrechtzuerhalten.
- ein Substrat mit einem Krümmungsradius, so daß eine Brennweite definiert wird, deren eines Ende ein Brennpunkt ist,
- eine dem Substrat benachbart angeordnete, stark reflektierende Schicht, die den Krümmungsradius hat, und
- mindestens zwei optische Dünnfilmschichten, von denen eine der stark reflektierenden Schicht benachbart angeordnet ist, wobei diese optischen Dünnfilmschichten den Krümmungsradius haben und eine derselben einen hohen Brechungsindex und eine andere einen niedrigen Brechungsindex hat, um die einfallende Polarisationskonfiguration beim Bündeln des reflektierten Strahls auf den Brennpunkt aufrechtzuerhalten.
33. Reflektor nach Anspruch 32,
dadurch gekennzeichnet, daß er unter Anwendung
der folgenden Funktionalform ausgelegt ist
(R p , R s , Δ) = f(ϕ, λ, N j , d i ), i = 1, 2; j = 0, 1, 2worin R p = "p"-Polarisationsreflexionsgrad des Systems,
R s = "s"-Polarisationsreflexionsgrad des Systems,
Δ = gewünschte relative Phasenverschiebung zwischen Polarisationen,
d = Inzidenzwinkel des einfallenden Strahls,
λ = Wellenlänge des Strahls,
N j = Brechungsindex der Umgebung, der reflektierenden Schicht bzw. der brechenden Schicht,
d i = Dicke der reflektierenden Schicht bzw. der brechenden Schicht.
R s = "s"-Polarisationsreflexionsgrad des Systems,
Δ = gewünschte relative Phasenverschiebung zwischen Polarisationen,
d = Inzidenzwinkel des einfallenden Strahls,
λ = Wellenlänge des Strahls,
N j = Brechungsindex der Umgebung, der reflektierenden Schicht bzw. der brechenden Schicht,
d i = Dicke der reflektierenden Schicht bzw. der brechenden Schicht.
34. Reflektor nach Anspruch 33,
dadurch gekennzeichnet, daß er zur
Kollimation geeignet ist.
35. Reflektor nach Anspruch 34,
dadurch gekennzeichnet, daß die einfallende
Polarisationskonfiguration für den Inzidenzwinkel aufrechterhalten
bleibt.
36. Reflektor nach Anspruch 34 oder 35,
dadurch gekennzeichnet, daß ein hoher Reflexionsgrad
für den Inzidenzwinkel aufrechterhalten
bleibt.
37. Reflektor nach Anspruch 36,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten
mit den Brechungsindizes ein dielektrisches Material aufweisen.
38. Reflektor nach Anspruch 37,
dadurch gekennzeichnet, daß die stark reflektierende
Schicht einen metallischen Werkstoff aufweist.
39. Reflektor nach Anspruch 38,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht
mit hohem Brechungsindex Ge und die Schicht mit niedrigem
Brechungsindex ThF4 aufweist.
40. Reflektor nach Anspruch 39,
dadurch gekennzeichnet, daß die stark reflektierende
Schicht Silber aufweist.
41. Reflektor nach Anspruch 40,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Substrat
benachbart ein Kühlkörper angeordnet ist, der von der
Lichtquelle erzeugte Wärme abführt.
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