JPH01286476A - 狭い波長帯域で平坦な分光特性を有するレーザーミラー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数個の近接した発振波長を有するレーザー
光源から単一の発振波長を取り出すためその放電管に封
着して使用されるレーザーミラーに関する。

〔従来の技術〕

従来のレーザーミラーとしては、特開昭６０−２１８６
０１号公報に開示されているような多層膜ミラーがある
。このミラーは、光学的膜厚が共に３／４λの、１２０
３及びＳｉＯ□の薄膜を交互に３３層蒸着して積層した
ものであり、その分光透過率曲線は第５図に示す通りで
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

、従来の膜構成によるレーザーミラーは、第５図の実線
で示すように、発振させたい波長である４８８１ｍにお
いて２％の透過率を有し、又発振を阻止したい波長であ
る４７６．５ｎｍ及び４９６．５ｎｏ＋において夫々１
５％以上及び１０％以上の透過率を有するように作られ
ているとすれば、４８８ｎｍの波長のみが発振させられ
るので、所期の目的を達成することが可能である。

しかしながら、第５図の点線で示すように、発振させた
い波長、すなわち基準波長が４８８ｎｍから２ｎ＋ｎだ
け長波長側ヘシフトすると、４９６．５ｎｍにおける透
過率が６，５％と低くなるため、本来発振を阻止したい
波長である４９６．５ｎｍにおいても発振が生じること
になる。これを回避するためには製造上の許容誤差を非
常に小さくしなければならず、そうするには製造上の困
難が伴うという問題点があった。

そこで、第５図の一点鎖線で示すように、基準波長であ
る４８８ｎｍの近傍で反射率が高く且つその変化が少な
く、しかも４７６．５ｎｍから４８８ｎｍまで及び４８
８１ｍから４９６．５ｎｍまでの両波長域において透過
率が急峻に立上るようなＵ字状谷底部分を有する帯域透
過湿分光特性を持ったレーザーミラーを製作することが
可能であれば　製造上の許容誤差の厳しさは著しく緩和
されることになる。

それ故に、かかるレーザーミラーを実現するためには、
その分光透過率曲線の帯域幅をより一層狭くすることが
先ず必要になる。しかし、単に帯域幅を狭くしただけで
は４８８ｎｍ近傍における透過率の変化もまた大きくな
るため、製造誤差により基準波長がシフトした場合、４
７６．５ｎｍや４９６．５ｎｍにおける発振はある程度
阻止されたとしても、本来発振させられるべき基準波長
である４８８ｎｍにおいても発振が阻止されてしまうと
いう恐れが生じる。

従って、帯域幅を狭くすると同時に、谷底部分の透過率
を平坦化することによって、基準波長が４８８ｎｍから
シフトしたとしても、４８８ｎｍでの透過率が変らず一
定であり、発振を阻止したい波長である４７６．５ｎｍ
及び４９６．５ｎｍにおける透過率が充分に大きな値を
もつような、狭い波長帯域内で平坦な分光特性を有する
レーザーミラーを提供するのが本発明の目的である。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明のレーザーミラーにお
いては、発振させたい波長及びその近傍の波長において
は発振に必要なだけの反射率を有し、一方性の近接した
波長においては発振を阻止するに必要なだけの透過率を
有するようにするため、上記ミラーを少なくとも２つ以
上の膜物質により形成された多層膜の透過率設定部と平
坦化部とから成る構造とし、該透過率設定部が発振させ
たい波長λに対してλ／４の奇数倍の光学的膜厚の層か
ら成る多層膜であって、しかもその少なくとも１層以上
がλ／４の３倍以上の高次の次数の膜厚を有し、又該平
坦化部が少なくとも１層以上のλ／４の偶数倍の光学的
膜厚を有する層であるようにした。

〔作　用〕

波長λに対して１／４λの奇数倍の光学的膜厚を有する
薄膜の交互積層は、波長λの位置にＶ字状の谷底部分の
中心を有する帯域反射湿分光特性を有することが知られ
ている。この波長は基準波長と呼ばれる。

このような構造の多層積層薄膜、すなわち多層膜は、基
準波長において、入射光を所望の分割比で透過及び反射
成分に分割して所望の透過率を得ることができるので透
過率設定部と呼ぶ。

一方、波長λに対してλ／４の奇数倍の光学的膜厚を有
する薄膜の交互積層から成る多層膜の分光特性曲線の帯
域幅は、該多層膜を構成する成分薄膜層の光学的膜厚の
次数を高次にするにつれて狭くなることが知られている
。従って、透過率設定部の膜物質、層数、次数を選ぶこ
とによって透過率と帯域帯とを任意に設定することがで
きる。

しかしながら、Ｖ字状谷底部分を有する帯域反射湿分光
特性の多層膜構造は、基準波長がシフトすると、上記分
割比が変化するという欠点を免れない。

そこで、この分割比を一定に保ちつつ、Ｖ字状谷底部分
を平坦化してＵ字状谷底部分に変え、基準波長がシフト
したとしても基準波長における透過率が一定であるよう
な分光特性を得るために上記透過率設定部に薄膜（単層
膜であっても、多層膜であってもよい）を付加してやる
必要がある。

この薄膜は平坦化部と呼ぶ。平坦化部としては膜厚がλ
／４の偶数倍の薄膜を少なくとも１層以上含むようにす
ればよい。このことは、次に説明する多層膜の特性マ）
　ＩＪフックス有する性質から導き出される結論である
。

一方、多重層積層薄膜、すなわち多層膜の設計に当って
は、設計乃至製作した多層薄膜の分光透過率や分光反射
率を評価するために特性マトリックスと呼ばれているマ
トリックスを使用することが一般に行われている。

特性マトリックスは、 で定義されるマトリックスであり、（１）式の右辺の各
マトリックスは各成分層の特性マ）　ＩＪフックス表わ
し、それらの積である左辺がこれらの各層から成る多重
層積層薄膜、つまり多層膜の総合特性マトリックスを与
える。

（１）式において、 ｎ、：各成分層Ｕ）を形成する薄膜物質の屈折率、ｄ、
：各成分層（Ｊ）を形成する薄膜の膜厚、λ　：真空中
における光の波長、 θ」　：各成分層（Ｊ）を形成する薄膜に関して、光線
が薄膜の法線に対してなす角度、 δＪ　：各成分層（ｊ）について、 バ で与えられる、多重反射光線間の位相差である。

δ１が□の奇数倍に等しいとき（ｎ４ｄｊｃＯ９θ。

がλ／４の奇数倍に相当する）は、各成分層の特性マト
リックスは となり、多層薄膜の総合マトリックスは薄膜の分光透過
率や分光反射率は各成分薄膜層影響を受ける。

δ、が−の偶数倍に等しいとき（ｎ）ｄ７ｃｏｓθ。

がλ／４の偶数倍に相当する）は、各成分層の特性マト
リックスは となり、これは単位マトリックスであるため、多層薄膜
の分光透過率や分光反射率は多層膜の各成分層によって
影響を受けない。

つぎに、特性マトリックスの観点から、透過率設定部と
平坦化部とから成る本発明のレーザーミラーについて考
察する。λ／４の偶数倍の膜厚を有する薄膜が平坦化部
として透過率設定部と組合わされて上記多層膜ミラーを
形成しているので、このミラーの総合特性マ）　ＩＪフ
ックス該ミラーを構成する各成分薄膜に対する特性マト
リックスの積として与えられる。

ところで、平坦化部を形成する上記薄膜は単位マトリッ
クスとして表現されるので、それが例え単層膜であって
もあるいは多層膜であっても、この薄膜が他の各成分薄
膜に対して及ぼす影響は１ということで、透過率と帯域
幅を設定するために既に採用した透過率設定部を構成し
ている多層膜の分光特性に大きな影響を及ぼさない。厳
密にいえば、平坦化部は透過率設定部によって設定され
た基準波長における透過率を変えることなく又帯域幅も
ほぼ同程度に保ちつつ谷底部を平坦化することができる
ということである。

従って、本発明によるレーザーミラーは、発振させたい
波長及びその近傍の波長においては発振に必要なだけの
反射率を有し、一方性の近接した波長においては発振を
阻止するに必要なだけの透過率を有するように上記ミラ
ーを製作することが可能である。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の第１実施例のレーザーミラーの分光特
性を示す。点線は透過率設定部として膜厚３／４λのＡ
ｌ２Ｏ３膜と膜厚３／４λのＳｉＯ□膜との４４層を蒸
着した場合の分光特性であり、この場合は平坦化部を蒸
着していない。

実線は、点線の場合の透過率設定部に対し、膜厚が共に
６／４λのＡｌ２Ｏ３と５１０２の交互層を６層平坦化
部として付加した場合の分光特性である。又、１点鎖線
は透過率設定部のＳｉＯ□膜の光学的膜厚を３／４λか
ら５／４λに変え、更に平坦化部も膜厚６／４λのＡｌ
２Ｏ３及びＳ　ｉ　０２膜を共に１０／４λの膜厚に変
えた場合の例である。

なお、基準波長λはいずれの膜も４８８ｎｍに設定しで
ある。図から明らかなように、透過率設定部を構成する
多層膜の膜厚の次数を３／４λから５／４λへと高次に
すれば帯域幅が狭まること、またその場合平坦化部を付
加しても透過率設定部の層数が４４層と変らない限り基
準波長４８８ｎｍにおける透過率は４．８％のままで変
らず一定であることが分かる。

第２図は第１実施例の膜構成の模式図である。

第３図は本発明の第２実施例のレーザーミラーの分光特
性を示す。第１実施例と対比すれば明らかなように、透
過率設定部は膜物質の組合わせをＡｌ２Ｏ３とＳ　ＩＯ
２の組合わせからＴｉＯ２とＳｉＯ□の組合わせに変え
て夫々を１７／４λと１３／４λの膜厚とし、交互に１
１層蒸着しである。更に、平坦化部を透過率設定部の両
側に分割して付加しており、両側の平坦化部は１０／４
λ及び３０／４λの膜厚の薄膜によって形成されている
。なお、基準波長は全ての膜に対して４８８ｎｍに設定
しである。

第４図は第２実施例の膜構成の模式図である。

以上説明した実施例は、Ａｒ　レーザーを対象としたも
のであるが、他のガスレーザーに対しても同様に応用可
能である。

〔発明の効果〕

本発明の膜構成によるレーザーミラーは、発振させたい
波長の近傍で透過率が一定なので、製造誤差の許容量を
大きくすることができるため生産性が向上させることが
できる。

さらに、ガスレーザーの放電管に封着して使用されるミ
ラーであるレーザーミラーの場合、封着時の高温のため
基盤と膜との間で熱膨張に差が生じ、この膨張差によっ
て膜面にクラックの生じることがあるが、本発明の場合
は、膜物質自身の有する応力の大きさをその膜物質によ
り形成される薄膜の膜厚とを好適に組合わせることによ
ってクラックの発生を防止することができる。

この点に関し、特開昭６０−２１８６０１号公報に記載
のように２種類の物質を共に３／４λの膜厚にして組合
わせた場合は、組合わせの変更が難かしい。しかし、本
発明のように２種類の膜物質を３／４λと５／４λの膜
厚として組合わせる場合には、膜物質と膜厚の対応を逆
にして組合わせることができ、さらに１／４λと７／４
λの膜厚の組合わせなどのように膜厚比を大きく変えて
組合わせる設定も可能となる。また、膜厚の次数が高次
になればなる程膜厚の組合わせの自由度が増す。このよ
うに、本発明のレーザーミラーは、膜物質自身の有する
応力の大きさに応じて膜厚比を容易に調整できるという
利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例のレーザーミラーの分光特
性を示すグラフ図、第２図は第１実施例の膜構成の模式
図、第３図は本発明の第２実施例のレーザーミラーの分
光特性を示すグラフ図、第４図は第２実施例の膜構成の
模式図、第５図は従来のレーザーミラーの分光特性を示
すグラフ図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個の近接した発振波長を有するレーザー光源から単
   一の発振波長を取り出すためその放電管に封着して使用
   されるミラーであって、発振させたい波長及びその近傍
   の波長においては発振に必要なだけの反射率を有し、一
   方他の近接した波長においては発振を阻止するに必要な
   だけの透過率を有するようにするため、該ミラーを少な
   くとも２つ以上の膜物質により形成された多層膜の透過
   率設定部と平坦化部とから成る構造とし、該透過率設定
   部が発振させたい波長λに対してλ／４の奇数倍の光学
   的膜厚の層から成る多層膜であって、しかもその少なく
   とも１層以上がλ／４の３倍以上の高次の次数の膜厚を
   有し、又該平坦化部が少なくとも１層以上のλ／４の偶
   数倍の光学的膜厚を有する層であるようにしたことを特
   徴とする狭い波長帯域で平坦な分光特性を有するレーザ
   ーミラー。