JPH02204702A - レーザ高反射鏡 - Google Patents

レーザ高反射鏡

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JPH02204702A
JPH02204702A JP2471489A JP2471489A JPH02204702A JP H02204702 A JPH02204702 A JP H02204702A JP 2471489 A JP2471489 A JP 2471489A JP 2471489 A JP2471489 A JP 2471489A JP H02204702 A JPH02204702 A JP H02204702A
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JP
Japan
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refractive index
laser
index material
reflection mirror
high refractive
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Pending
Application number
JP2471489A
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English (en)
Inventor
Hideharu Ogami
秀晴 大上
Isao Sekiguchi
関口 功
Eiichi Takazawa
高沢 栄一
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、レーザ高反射鏡に間し、特に、誘電体多層膜
で形成されるレーザ高反射鏡に間する。
(従来の技術) 近年、レーザ装置の高出力化に伴い、高出力レーザの使
用に耐えられるレーザ高反射鏡、反射防止膜等の誘電体
多層膜の研究が進められている。
従来の誘電体多層膜タイプのレーザ高反射鏡は、例えば
、光学ガラス、石英の基板上に、1種類の低屈折率物質
と1種類の高屈折率物質とを交互に積層したものである
。低屈折率物質としては、例えば、MgF2.SiO2
等が用いられ、また高屈折率物質としては、例えば、Z
rO2、Ta205、TiO□等が用いられている。ま
た、各物質の膜厚は、光学的膜厚λ/4に設定される(
ここで、λは使用中の波長である)、このように設定す
ると、各膜の位相差がπとなり、すべての境界での反射
光が同相となり、総合的に高い反射率が得られる。また
、希望する高反射率を得るためには、通常20層以上交
互に積層したものが用いられる。
なお、レーザ高反射鏡の反射率は、一般に、次式で求め
ることができる。
R= [1−(no/nL>”(no2/ns)”]”
/[1+(nH/nL)”(nH”/ns)”]]2−
−−−−−1>ここで、膜層の数は(2P+1)であり
、nHは高屈折率物質の屈折率であり、n、−は低屈折
率物質の屈折率である。ただし、外界媒質は空気とする
ものである。
この(1)式から、レーザ高反射鏡の反射率は高屈折率
物質と低屈折率物質との屈折率の差が大きいほど、同一
の膜層の数において、反射率が高くなることが解る。
(1)式を用いて、膜層の数を21にし、低屈折率物質
としてS i O2(n t = 1 、45 )を用
い、高屈折率物質としてTiO2(no =2.L)を
用いた場合およびZrO2(nH=1.s>を用いた場
合の反射率を計算すると、次のようになる。すなわち、 TiO2による反射率は、99.9%であり、ZrO2
による反射率は、97,7%である。
このように、(1)式に関連して説明したように、高屈
折率物質の屈折率が大きいほど、同−膜層の数に対して
は高い反射率が得られる。
また、(1)式を別の観点から見ると、すなわち、希望
の高反射率(例えば、反射率99.8%以上)を得るた
めにどれだけの膜層の数が必要かを異なった高屈折率物
質に対して求めると、高屈折率物質として前述と同様な
T i 02およびZrO2の場合には、次のようにな
る。すなわち、TiO2では19層であり、 ZrO2では33層である。
このように、屈折率の高い物質を用いるほうが少ない膜
層の数ですむ、そして、膜層の数が多ければ、それだけ
余計製作時間がかかり、製造コストもかかる。
以上のことから明らかなように、−mに、他の物理的特
性(光学的特性)を考慮しないで単に高反射率の誘電体
多層膜を得るためには、できるだけ高い屈折率の高屈折
率物質と低屈折率物質とを組合わせて用いて、誘電体多
層膜の膜層の数を少なくすることが有利である。
(発明が解決しようとする課題) 前述のように、高反射率の誘電体多層膜の膜層の数を少
なくするためには、高屈折率物質としてZrO2よりも
TiO2を用いた方がこのましいが、TiO2には次の
ような物理的欠点がある。
すなわち、TiO2は、波長1μ付近にも微少な光吸収
特性を有しており、このためレーザの照射に対してそれ
によって製作されたレーザ高反射鏡がレーザダメージを
受ける原因物質となることである。すなわち、パルス幅
が数nsのパルスから連続発振までの使用レーザに対し
てレーザダメージしきい値(スレッシュホルド値)が低
いことである。一方レーザダメージに対して強いZrO
2は前述のように、高反射率の誘電体多層膜を製作する
には誘電体多層膜の膜層の数が多くなってしまい、生産
コストを増加させる欠点を有する。
したがって、本発明の目的は、高屈折率物質および低屈
折率物質により作成する誘電体多層膜のレーザ高反射鏡
において、欠点となるある物理的特性を持つ高屈折率物
質とそのような欠点となる物理的特性を持たない他の高
屈折率物質とを組合わせることにより、この欠点をほと
んど解消するように構成したレーザ高反射鏡を提供する
ことにある。
本発明の具体的な目的は、高屈折率物質および低屈折率
物質により作成する誘電体多層膜のレーザ高反射鏡にお
いて、ある発振波長においても微少な光吸収特性を持ち
、このためレーザダメージしきい値が低い高屈折率物質
と、レーザダメージに対して強いが、前述の高屈折率物
質より少し低い屈折率を持つ高屈折率物質と、を組合わ
せて用いることにより、レーザダメージしきい値を高く
すると共に、膜層の数を少なくすることのできるレーザ
高反射鏡を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 前述の目的を達成するなめに、本発明は、基板上に、低
屈折率および高屈折率の誘電体膜を、使用波長に対する
光学的膜厚λ/4で複数交互に積層するレーザ高反射鏡
において、誘電体膜として、少なくとも1種類の低屈折
率物質と少なくとも2種類の高屈折率物質を用いる、こ
とを特徴とするレーザ高反射鏡、を採用するものである
また、前述の具体的な目的を達成するために、本発明は
、基板上に、低屈折率および高屈折率の誘電体膜を、使
用波長に対する光学的膜厚λ/4で複数交互に積層する
レーザ高反射鏡において、誘電体膜として、少なくとも
1種類の低屈折率物質と少なくとも2種類の高屈折率物
質を用い、前記2種類の内の1つの高屈折率物質の誘電
体膜と低屈折率物質の誘電体膜とを交互に積層した積層
体をレーザ入射側に用い、前記2種類の内の他の1つの
高屈折率物質の誘電体膜と低屈折率物質の誘電体膜とを
交互に積層した積層体を基板側に用い、前記1つの高屈
折率物質が前記他の1つの高屈折率物質よりも光吸収に
よるダメージに対して強い物質である、ことを特徴とす
るレーザ高反射鏡、を採用するものである。
(実施例) 次に、本発明を図面を参照して説明する。
第1図は、本発明の高反射鏡の好ましい実施例の概略側
面図であり、第2図は、従来の高反射鏡の概略側面図で
ある。
最初に、本発明の原理を概略すると、従来の高反射鏡で
は、1種類の低屈折率物質と1種類の高屈折率物質とを
用い、誘電体多層膜を製造していたが、本発明の高反射
鏡においては、少なくとも1種類の低屈折率物質と少な
くとも2種類の高屈折率物質とを用い、誘電体多層膜を
製造するものである。このように、2種類の高屈折率物
質を用いる理由は、他の高屈折率物質より屈折率は大き
いが、例えばある波長領域において光吸収の影響が大き
くレーザダメージのしきい値が低い等のある物理的特性
において劣るときに、そのような高屈折率物質だけを用
いる場合には、誘電体多層膜の膜層の数は比較的少なく
できるとしても、レーザダメージしきい値が低いので、
多少屈折率が低いとしてもある波長領域のおいて光吸収
が低く、レーザダメージに対して強い抵抗力を有する高
屈折率物質を前者の高屈折率物質と組合わせて用いてレ
ーザダメージを改善するものである。もちろん、レーザ
ダメージしきい値が高い高屈折率物質の1種類のみで誘
電体多層膜を形成しようとすると、屈折率が前者のもの
より小さいので、膜層の数が極めて多くなり、生産コス
トが増大する等の他の欠点がある。
また、前述のように、本発明の高反射鏡の誘電体多層膜
を構成する場合、レーザダメージのしきい値が高い高屈
折率物質と低屈折率物質とを交互の積層する積層体をレ
ーザ入射側の用いることが奸才しい。その理由は、レー
ザ高反射鏡のレーザ入射側表面付近の数層の積層体でレ
ーザのエネルギーのほとんどが反射されてしまい、それ
以後はエネルギーがかなり弱くなり、光吸収によるレー
ザダメージのしきい値が低い高屈折率物質を用いても差
し支えないからである。また、レーザ入射側に用いる光
吸収によるダメージに対して強い高屈折率物質の膜層の
数を選択する目安は、次式により求めることができる。
R表面> 1− (D、T、基板/D、T、表面)・・
・・・・(2)ここで、R表面は入射側層の反射率(入
射側の低屈折率物質の屈折率と高屈折率物質の屈折率と
による反射率)であり、この値は(1)式により求める
。また、D、T、基板は基板側の高屈折率物質層のレー
ザダメージしきい値であり、D、T。
表面は入射側の高屈折率物質層のレーザダメージしきい
値である。
次に第1図を参照して、具体的な本発明の実施例につい
て説明する。第1図の本発明の高反射鏡誘導体多層膜は
石英基板1上に真空蒸着法により29層の積層体を形成
したものであり、各層の内、2はSiO2!、3はZr
O2膜、4はTiO2膜、5はオーバーコートとしての
SiO2膜および6はアンダーコートとしてのS i 
02膜である。
2.3および4の各層の膜厚は、光学的膜厚λ/4であ
り、5および6の膜厚はλ/2である。
波長1.06μmにおいて、石英、5in2、ZrO2
,TiO2は、それぞれ1.45.1.8.2.1の屈
折率を有する。図面から明らかなように、レーザ入射側
の14層の積層体は低屈折率物質のSiO2膜と高屈折
率物質のZrO2膜とを交互に積層したものであり、基
板側の14層の積層体は低屈折率物質のZrO2膜と高
屈折率物質のT i O2Mとを交互に積層したもので
ある、 次に、後述する比較実験例の説明のために、第2図で示
す従来の高反射鏡の誘電体多層膜について概略する。第
2図の誘電体多層膜は、石英基板1の上に真空蒸着法に
より23層の積層体を形成したものであり、高屈折率物
質としてTiO2膜のみが用いられている。
次に比較実験例を説明すると、本発明の誘電体多層膜と
して第1図に示す29層の積層体が作られ、従来の誘電
体多N膜として第2図に示す23層の積層体が作られた
。これらはほぼ等しい反射率(計算値99.92%)を
有するものである。
なお、参考までに付加えると、もし高屈折率物質として
ZrO2膜のみを用いで第2図のように積層して高反射
鏡を作る場合には99.92%の反射率を得るためには
39層が必要である。
本発明の高反射鏡においてレーザ入射側の14層(すな
わちSiO2とZrO2との積層体)では約87%のエ
ネルギーの反射がある。このため前述したように基板側
の14層(すなわちS i O2とTiO2との積層体
)にはわずか13%のエネルギーしか伝達されず、この
なめ、たとえ光吸収のある高屈折率物質(例えばTiO
2>を基板側に用いるとしても、光吸収によるレーザダ
メージを抑えることができることになる。
前述の本発明の高反射鏡および従来の高反射鏡に対して
レーザダメージしきい値を測定した。レーザは、発振波
長1.053μm、パルス幅20nsのを用いた。その
結果、本発明の高反射鏡のレーザダメージしきい値は、
73J/co?であり、従来の高反射鏡のレーザダメー
ジしきい値は、50 J / crdであった。このよ
うに、本発明の高反射鏡は従来の高反射鏡よりもレーザ
ダメージしきい値が約1.5倍(73J/ad150 
J/cd)向上している。
またT i O□腹およびZrO2膜の光吸収特性を次
のようにして測定した1合成石英基板上に光学的膜厚λ
/2(λ=1.06.czm)のTiO2膜およびZr
O2膜をそれぞれ形成し、波長1.064μmのレーザ
(Nd3+ドープYs A I s O12レーザ)を
用いて対照するレーザカロリーメータで測定した。この
結果、TiO2膜の光吸収は36ppmであり、ZrO
2膜の光吸収は20ppmであった。
前述のことから、本発明の高反射鏡は、従来の高反射鏡
よりも単に6層増すだけで、同一の高反射率を得ること
ができると共に、レーザダメージしきい値が約1.5倍
も向上するものである。
以上、本発明は好ましい実施例について説明してきたが
、他の変形も行い得るものである。
例えば、真空蒸着法に代えて、スパッタリング法、CV
D法等により誘電体多層膜を作成できる。
例えば、ZrO2の代わりに、高屈折率物質としてAl
103  (n=1.6) 、Hf0z  (n=1.
8)等も用いられるものである。
例えば、入射角はレーザ入射表面に垂直である必要はな
く、垂直に対しである角度をなしてもよいものである。
なお、この場合、光学的膜厚(^/4)を入射角の傾斜
に伴って増加する必要がある。
さらに、本発明を、主に光吸収特性によるレーザダメー
ジしきい値と、屈折率による積層体の膜層の数と、に着
目して説明してきたが、他の物理的特性を考慮して、少
なくとも2種類の高屈折率を用いて誘電体多層膜を作る
こともできる。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明は、基板上に、低屈
折率および高屈折率の誘電体膜を、使用波長に対する光
学的膜厚λ/4で複数交互に積層するレーザ高反射鏡に
おいて、特に、光吸収によるレーザダメージが強い高屈
折率物質と、前者の高屈折率物質より屈折率は低いが光
吸収によるレーザダメージが弱い高屈折率物質と、を用
いているので、レーザダメ−・ジしきい値を向上させる
と共に、誘電体多層膜の膜層の数をわずかに増すだけで
高反射率を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の高反射鏡の好ましい実施例の概略側
面図である。 第2図は、従来の高反射鏡の概略側面図である。 1・・・石英基板、 2・・・S i 02膜、 3・・・ZrO2膜、 4・・・TiO2膜、 5・・・オーバーコート、 6・・・アンダーコート。 第1図 第 2 図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上に、低屈折率および高屈折率の誘電体膜を
    、使用波長に対する光学的膜厚λ/4で複数交互に積層
    するレーザ高反射鏡において、誘電体膜として、少なく
    とも1種類の低屈折率物質と少なくとも2種類の高屈折
    率物質を用いる、ことを特徴とするレーザ高反射鏡。
  2. (2)請求項1記載のレーザ高反射鏡において、前記2
    種類の内の1つの高屈折率物質の誘電体膜と低屈折率物
    質の誘電体膜とを交互に積層した積層体をレーザ入射側
    に用い、前記2種類の内の他の1つの高屈折率物質の誘
    電体膜と低屈折率物質の誘電体膜とを交互に積層した積
    層体を基板側に用いる、ことを特徴とするレーザ高反射
    鏡。
  3. (3)請求項2記載のレーザ高反射鏡において、前記1
    つの高屈折率物質が前記他の1つの高屈折率物質よりも
    光吸収によるダメージに対して強い物質である、ことを
    特徴とするレーザ高反射鏡。
  4. (4)請求項3記載のレーザ高反射鏡において、前記1
    つの高屈折率物質がZrO_2であり、前記他の1つの
    高屈折率物質がTiO_2であり、前記低屈折率物質が
    SiO_2である、ことを特徴とするレーザ高反射鏡。
  5. (5)請求項1ないし4のいずれか1つに記載のレーザ
    高反射鏡において、発振波長が約1μmであり、レーザ
    出力がパルス幅数nsのパルスから連続発振までの高出
    力レーザに使用するものである、ことを特徴とするレー
    ザ高反射鏡。
JP2471489A 1989-02-02 1989-02-02 レーザ高反射鏡 Pending JPH02204702A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH04145677A (ja) * 1990-10-08 1992-05-19 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 可視レーザ用高反射鏡
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