JPH02193104A - 赤外用ビームスプリッター - Google Patents
赤外用ビームスプリッターInfo
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- JPH02193104A JPH02193104A JP1208089A JP1208089A JPH02193104A JP H02193104 A JPH02193104 A JP H02193104A JP 1208089 A JP1208089 A JP 1208089A JP 1208089 A JP1208089 A JP 1208089A JP H02193104 A JPH02193104 A JP H02193104A
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- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- MZQZQKZKTGRQCG-UHFFFAOYSA-J thorium tetrafluoride Chemical compound F[Th](F)(F)F MZQZQKZKTGRQCG-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims abstract description 5
- PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N (fluoren-9-ylideneamino) n-naphthalen-1-ylcarbamate Chemical compound C12=CC=CC=C2C2=CC=CC=C2C1=NOC(=O)NC1=CC=CC2=CC=CC=C12 PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
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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。
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」
この発明は赤外線レーザＣＯレーザに用いられルヒーム
スプリッター（光学分岐素子）に関するものであり、特
に部品表面にコーティングする光学膜の構成、構造に関
するものである。
スプリッター（光学分岐素子）に関するものであり、特
に部品表面にコーティングする光学膜の構成、構造に関
するものである。
「従来の技術」
赤外レーザ用ビームスプリッタ−はレーザ装置の出力鏡
から出射される強力なレーザ（光）ビームを例えば４５
°の傾斜で入射され透過光と反射光の２方向に所望の光
強度の比率で分岐するための部品である。ビームスプリ
ッタ−を使用することによりビームを２光束としたり、
さらに後段にビームスプリッタ−をもうけるとビームを
複数化できるので、それぞれの分岐光を材料の切断、溶
接等のレーザ加工に有効に使用できるようになる。
から出射される強力なレーザ（光）ビームを例えば４５
°の傾斜で入射され透過光と反射光の２方向に所望の光
強度の比率で分岐するための部品である。ビームスプリ
ッタ−を使用することによりビームを２光束としたり、
さらに後段にビームスプリッタ−をもうけるとビームを
複数化できるので、それぞれの分岐光を材料の切断、溶
接等のレーザ加工に有効に使用できるようになる。
この種のビームスプリッタ−は第２図に示すように透明
な基板１の片側表面８１面に所望の反射率を有する多層
光学膜２をもうけ、反対側の面８２面に反射防止膜３を
もうけた構造のもので、矢印のように面に４５°の角度
で入射したビームがＲ方向の反射光とＴ方向の透過光に
分岐するようにしたものである。
な基板１の片側表面８１面に所望の反射率を有する多層
光学膜２をもうけ、反対側の面８２面に反射防止膜３を
もうけた構造のもので、矢印のように面に４５°の角度
で入射したビームがＲ方向の反射光とＴ方向の透過光に
分岐するようにしたものである。
従来から赤外レーザ加工機等に使用されているビームス
プリッタ−として基板の表面に種々の光学膜をコーティ
ングしたものが種々使用されているが、その光学膜の組
成や構造等は殆ど明らかにされていない。
プリッタ−として基板の表面に種々の光学膜をコーティ
ングしたものが種々使用されているが、その光学膜の組
成や構造等は殆ど明らかにされていない。
本発明者はレーザ発光装置において垂直に入射するレー
ザ光に対して所望の反射率と透過率を持たせた多層部分
反射膜を発明し、特願昭６１−１３３７０８号（特開昭
６３−８８６０６号）として出願した。しかし４５°入
射のような斜入射の場合には反射率Ｒが光の偏光状態に
依存するので、前記技術はそのまま使用することはでき
ない。
ザ光に対して所望の反射率と透過率を持たせた多層部分
反射膜を発明し、特願昭６１−１３３７０８号（特開昭
６３−８８６０６号）として出願した。しかし４５°入
射のような斜入射の場合には反射率Ｒが光の偏光状態に
依存するので、前記技術はそのまま使用することはでき
ない。
そこで本発明者は８１面（反射面）として高屈折率層と
低屈折率層の多層光学膜を基板にもうけ、斜入射の場合
の光のＰ偏光とＳ偏光に対応する光の透過率を算定して
合成としての透過率を算定することによって各層の厚さ
を決定し、且つシミュレーションによって所望の透過率
で特定の波長の光に対して極値を有するようにすること
によって、光の波長による透過率の変動を押さえること
を発明して特願昭６１−２３３７０８号として出願した
。
低屈折率層の多層光学膜を基板にもうけ、斜入射の場合
の光のＰ偏光とＳ偏光に対応する光の透過率を算定して
合成としての透過率を算定することによって各層の厚さ
を決定し、且つシミュレーションによって所望の透過率
で特定の波長の光に対して極値を有するようにすること
によって、光の波長による透過率の変動を押さえること
を発明して特願昭６１−２３３７０８号として出願した
。
「発明が解決しようとする課題」
しかしながら従来のレーザ用ビームスプリッタ−にコー
ティングされている光学膜の材料では必ずしも耐光性が
充分でなかったり、また透過率が指定波長で所定の反射
率（または透過率）に設計しても透過率スペクトル（波
長に対する透過率曲線）が波長の変動に対して透過率極
値条件（極大、極小であれば横軸の変化に対して値の変
化が少ない）を満足しないため波長にたいする光学的安
定性に欠けるという問題がある。
ティングされている光学膜の材料では必ずしも耐光性が
充分でなかったり、また透過率が指定波長で所定の反射
率（または透過率）に設計しても透過率スペクトル（波
長に対する透過率曲線）が波長の変動に対して透過率極
値条件（極大、極小であれば横軸の変化に対して値の変
化が少ない）を満足しないため波長にたいする光学的安
定性に欠けるという問題がある。
「課題を解決するための手段」
本発明は赤外透明光学基板としてＺｎ８ｅ（セレン化亜
鉛）を用い、基板の片側面（Ｓ１面）に基板側よりＴｈ
Ｆ４ （四弗化トリウム）層（第１層）、ＺｎＳ ｅ層
（第２層）、・・と偶数の多数の層を構成して所望の反
射率になるように暦数を決定し且つその透過率スペクト
ルが４５°入射、波長５．３μｍ、ｐ偏光に対して極値
となる膜構造とし、他の面（Ｓ２面）には同じ波長の光
に対して５ｈｕ−ｓｔｅｒの２層反射防止（Ａ Ｒ：
Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）条件式に基づいて決
定した光学膜厚とする反射防止膜を形成した（光学膜厚
が０．８１０のＴｈＦ４層（第１層）、光学膜厚が０．
３７１のＺｎＳｅ層（第２層）の２層からなる反射防止
の光学膜）を形成したことを特徴とするビームスプリッ
タ−であり、前記従来の課題を解決するものである。即
ち第１図に示すように、ｚｎＳｅの基板１の８１面にＴ
ｈＦ４の第１層２、ＺｎＳｅの第２膚３、・・・と偶数
多数の層を構成してあり、他の８２面にはＴｈＦ４の第
１層４、Ｚｎ８ｅの第２層５を積層した構造のものであ
る。
鉛）を用い、基板の片側面（Ｓ１面）に基板側よりＴｈ
Ｆ４ （四弗化トリウム）層（第１層）、ＺｎＳ ｅ層
（第２層）、・・と偶数の多数の層を構成して所望の反
射率になるように暦数を決定し且つその透過率スペクト
ルが４５°入射、波長５．３μｍ、ｐ偏光に対して極値
となる膜構造とし、他の面（Ｓ２面）には同じ波長の光
に対して５ｈｕ−ｓｔｅｒの２層反射防止（Ａ Ｒ：
Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）条件式に基づいて決
定した光学膜厚とする反射防止膜を形成した（光学膜厚
が０．８１０のＴｈＦ４層（第１層）、光学膜厚が０．
３７１のＺｎＳｅ層（第２層）の２層からなる反射防止
の光学膜）を形成したことを特徴とするビームスプリッ
タ−であり、前記従来の課題を解決するものである。即
ち第１図に示すように、ｚｎＳｅの基板１の８１面にＴ
ｈＦ４の第１層２、ＺｎＳｅの第２膚３、・・・と偶数
多数の層を構成してあり、他の８２面にはＴｈＦ４の第
１層４、Ｚｎ８ｅの第２層５を積層した構造のものであ
る。
本発明では光学基板としで赤外線に対して低吸収性のＺ
ｎ８ｅを用い、ビームスプリッタ−用光学多層膜は膜材
として低吸収性のＴｈＦ ４とＺｎ８ｅの２種を用いて
いるので耐光性を確保することができる。ＴｈＦ＋は屈
折率が小さく低屈折率材料となり、ＺｎＳｅは高屈折率
材料となる。
ｎ８ｅを用い、ビームスプリッタ−用光学多層膜は膜材
として低吸収性のＴｈＦ ４とＺｎ８ｅの２種を用いて
いるので耐光性を確保することができる。ＴｈＦ＋は屈
折率が小さく低屈折率材料となり、ＺｎＳｅは高屈折率
材料となる。
入射側の面（Ｓ＋面）の多層膜は基板の上に前記２種の
材料を偶数層もうける。従って最外層はｚｎｓｅとなる
。この場合にＺｎＢｅ層の膜厚をできるだけ大きくする
のが望ましい。
材料を偶数層もうける。従って最外層はｚｎｓｅとなる
。この場合にＺｎＢｅ層の膜厚をできるだけ大きくする
のが望ましい。
多層膜の膜厚設計においては概ね特願昭６１−２３３７
０８号の多層部□分反射膜に示したと同様な反射率の極
値設計手法を用いる。しかし４５゜入射に用いる本ビー
ムスプリッタ−に十いては反射率Ｒは光の偏光状態に依
存する。
０８号の多層部□分反射膜に示したと同様な反射率の極
値設計手法を用いる。しかし４５゜入射に用いる本ビー
ムスプリッタ−に十いては反射率Ｒは光の偏光状態に依
存する。
この場合（４５°入射、Ｐ偏光）の反射率孔は屈折率ｎ
ｇの基板上に屈折率ｎＸと屈折率ｎＨの２糟の膜をλ／
４ずつ交互に偶数積層した場合には次式で決定される。
ｇの基板上に屈折率ｎＸと屈折率ｎＨの２糟の膜をλ／
４ずつ交互に偶数積層した場合には次式で決定される。
但し η１１．は屈折率ｎｉの媒質ｉのＰ偏光に対する
有効屈折率であり、ηｉ、ｐ＝ηｉ／ＣＯ８θｉで与え
られる。（ｉ＝ｘ、Ｈ，ｇ） Ｎ”層の番号（数）で
ある。
有効屈折率であり、ηｉ、ｐ＝ηｉ／ＣＯ８θｉで与え
られる。（ｉ＝ｘ、Ｈ，ｇ） Ｎ”層の番号（数）で
ある。
θｉは媒質ｉ内の屈折角であり
ｎ（、ｓｉｎθｏ＝ｌ’ｌｉ ５ｉｎｓθｉの関係式
で与えられる。
で与えられる。
ｎＯ＋θ０ は入射媒質の屈折率と入射角であり、空気
中から４５°入射の場合はｎｉ ５ｉｎＪ−ｎＯ８ｉ
ｎθｏ＝１７’ｆＴ である。
中から４５°入射の場合はｎｉ ５ｉｎＪ−ｎＯ８ｉ
ｎθｏ＝１７’ｆＴ である。
使用膜材でＺｎＳ ｅは屈折率が大であり（以下Ｈと記
す）、ＴｈＦ４屈折率が小さい（以下りと記す）が、第
１図に示す構造の多層膜においては、特願昭６１−２２
３７０８号に示すように、実際にはＨ／ Ｌ ／ Ｈの
屈折率ｎ）Ｈの対称３層膜として作用する。そこで所望
反射率Ｒに対して要求されるｎＸの値から各層の厚さを
決定し、最終的にり。
す）、ＴｈＦ４屈折率が小さい（以下りと記す）が、第
１図に示す構造の多層膜においては、特願昭６１−２２
３７０８号に示すように、実際にはＨ／ Ｌ ／ Ｈの
屈折率ｎ）Ｈの対称３層膜として作用する。そこで所望
反射率Ｒに対して要求されるｎＸの値から各層の厚さを
決定し、最終的にり。
Ｈで構成される各層の光学膜厚（屈折率×実際の膜厚）
を決定する。
を決定する。
ところで特願昭６１−２２３７０８号の方法で決定した
斜入射Ｐ偏光に対するビームスプリッタ−の８１面の光
学膜厚は２種の膜材り、Ｈにより構成される対称３層膜
のλ／４の等価膜の厚さは４５°斜入射の場合厳密には
正しくない。それゆえ反射膜の波長に対する透過率スペ
クトルが極値をとる波長の値は使用する光の波長に対し
てズレを生ずる。そこで得られた構成各層の膜厚を修正
して反射率と極値特性の波長を満足させる。
斜入射Ｐ偏光に対するビームスプリッタ−の８１面の光
学膜厚は２種の膜材り、Ｈにより構成される対称３層膜
のλ／４の等価膜の厚さは４５°斜入射の場合厳密には
正しくない。それゆえ反射膜の波長に対する透過率スペ
クトルが極値をとる波長の値は使用する光の波長に対し
てズレを生ずる。そこで得られた構成各層の膜厚を修正
して反射率と極値特性の波長を満足させる。
基板の８２面は斜入射Ｐ偏光に対する８ｈｕｓｔｅｒの
２層ＡＲ条件よりＴｈＦ４とＺｎＳｅ の各層の膜厚
を決定する。
２層ＡＲ条件よりＴｈＦ４とＺｎＳｅ の各層の膜厚
を決定する。
「実施例」
基板としてＺｎＳｅ板を用い発振波長、５．３μｍのＣ
Ｏレーザに用いるビームスプリッタ−として本発明の光
学膜設計を行った。膜材としては低屈折材（Ｌ）として
ＴｈＦ４ 、高屈折率材（Ｈ）としてＺｎＳｅを用いた
。
Ｏレーザに用いるビームスプリッタ−として本発明の光
学膜設計を行った。膜材としては低屈折材（Ｌ）として
ＴｈＦ４ 、高屈折率材（Ｈ）としてＺｎＳｅを用いた
。
その結果、８１面の膜構成として種々の反射率Ｒに対し
て第１表のような膜厚構成の設計を得た。
て第１表のような膜厚構成の設計を得た。
表中の偶数番目の層はＺｎＳ ｅ層であり、奇数番目の
層はＴｈＦ４層であり、膜厚の数字は光学厚である。
層はＴｈＦ４層であり、膜厚の数字は光学厚である。
次に８２面には第２表の通りの反射防止膜を形成した。
第２表
反射防止膜の構成（光学膜厚μｍ）
第１表
反射多層膜の構成（光学膜厚μｍ）
４５°入射 波長５．３μｍｐ偏光の場合４５°入射
波長６．３μｍＦ偏光 表中の所望反射率Ｒが３０．５０．７０％の膜厚構成の
ビームスプリッタ−を用いて透過率（１−Ｒ）の波長に
対する赤外透過率スペクトル曲線を測定したところ第３
図の通りとなった。
波長６．３μｍＦ偏光 表中の所望反射率Ｒが３０．５０．７０％の膜厚構成の
ビームスプリッタ−を用いて透過率（１−Ｒ）の波長に
対する赤外透過率スペクトル曲線を測定したところ第３
図の通りとなった。
このスペクトルからいずれの場合も波長５，３μｍ（波
数１８８７ａｎ） のところでは極値をとり、従って
その近くでの透過率は波長の変動に対して安定している
ことが分かった。
数１８８７ａｎ） のところでは極値をとり、従って
その近くでの透過率は波長の変動に対して安定している
ことが分かった。
「発明の効果」
以上に詳しく説明したように、本発明のＣＯレーザ用ビ
ームスプリッタ−は耐光性が高く、指定波長での反射（
透過）率が波長の変化に対して極値特性を有するので発
振波長の変動に対しても反対車の安定性が高く、高出力
レーザ加工機等のレーザ光分岐光学部品（素子）として
優秀な性能を有するものである。
ームスプリッタ−は耐光性が高く、指定波長での反射（
透過）率が波長の変化に対して極値特性を有するので発
振波長の変動に対しても反対車の安定性が高く、高出力
レーザ加工機等のレーザ光分岐光学部品（素子）として
優秀な性能を有するものである。
第１図は本発明の概要を示す原理図であり、第２図は本
発明のビームスプリッタ−を使用した場合の状態を示す
原理図である。第３図は本発明の各種指定反射率構成を
したビームスプリッタ−の４５°入射の場合の波長に対
する赤外透過率スペクトルである。 １：基板 ２：多層反射膜 ３：反射防止膜４：８１面
の低屈折率材第１層 ５：同面の低屈折率材第２層 ６
：第３層 ７：第４ｍ ８：８２面の第１層 ９：同面
の第２層 代理人 弁理人 １）中 理 夫 剣槻ｔス← 手続補正書（方式） 平成所感１旬テ］月２１差出 平成１年特許願第 １２０８０号 ２、発明の名称 赤外用ビームスプリッタ− 住所 大阪市中央区北浜四丁目５番３３号名称（２１
３） 住友電気工業株式会社代表者 社長 用土 四
部 ４゜
発明のビームスプリッタ−を使用した場合の状態を示す
原理図である。第３図は本発明の各種指定反射率構成を
したビームスプリッタ−の４５°入射の場合の波長に対
する赤外透過率スペクトルである。 １：基板 ２：多層反射膜 ３：反射防止膜４：８１面
の低屈折率材第１層 ５：同面の低屈折率材第２層 ６
：第３層 ７：第４ｍ ８：８２面の第１層 ９：同面
の第２層 代理人 弁理人 １）中 理 夫 剣槻ｔス← 手続補正書（方式） 平成所感１旬テ］月２１差出 平成１年特許願第 １２０８０号 ２、発明の名称 赤外用ビームスプリッタ− 住所 大阪市中央区北浜四丁目５番３３号名称（２１
３） 住友電気工業株式会社代表者 社長 用土 四
部 ４゜
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ＣＯレーザ用の赤外ビームスプリッターにおいて、
赤外透明光学基板としてＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）を用
い、基板の片側面（Ｓ＿１面）に基板側よりＴｈＦ＿４
（四弗化トリウム）層（第１層）、ＺｎＳｅ層（第２層
）、・・と偶数の誘電体多層膜の層を構成し、所定の反
射率になるように該層数Ｎを決定し且つその透過率スペ
クトルが４５°入射、波長５．３μｍ、Ｐ偏光に対して
極値となる膜構造とし、他の面（Ｓ＿２面）には同じ波
長の光に対してＴｈＦ＿４層（第１層）とＺｎＳｅ層（
第２層）からなるＳｈｕｓｔｅｒの２層反射条件式に基
づいて決定した光学膜厚の反射防止膜〔光学膜厚が０．
８１０のＴｈＦ＿４層（第１層）、光学膜厚が０．３７
１のＺｎＳｅ層（第２層）の２層からなる反射防止の光
学膜〕を形成したことを特徴とする赤外用ビームスプリ
ッター
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1208089A JPH02193104A (ja) | 1989-01-21 | 1989-01-21 | 赤外用ビームスプリッター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1208089A JPH02193104A (ja) | 1989-01-21 | 1989-01-21 | 赤外用ビームスプリッター |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02193104A true JPH02193104A (ja) | 1990-07-30 |
Family
ID=11795607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1208089A Pending JPH02193104A (ja) | 1989-01-21 | 1989-01-21 | 赤外用ビームスプリッター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02193104A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9025624B2 (en) | 2011-07-25 | 2015-05-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Beam generator |
| JP2015524078A (ja) * | 2012-05-15 | 2015-08-20 | サーモ エレクトロン サイエンティフィック インストルメンツ リミテッド ライアビリティ カンパニー | 超広帯域多層誘電体ビームスプリッタ膜 |
-
1989
- 1989-01-21 JP JP1208089A patent/JPH02193104A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9025624B2 (en) | 2011-07-25 | 2015-05-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Beam generator |
| JP2015524078A (ja) * | 2012-05-15 | 2015-08-20 | サーモ エレクトロン サイエンティフィック インストルメンツ リミテッド ライアビリティ カンパニー | 超広帯域多層誘電体ビームスプリッタ膜 |
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