JPH06160604A - 分散ルーゲート被覆 - Google Patents
分散ルーゲート被覆Info
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- JPH06160604A JPH06160604A JP5067093A JP6709393A JPH06160604A JP H06160604 A JPH06160604 A JP H06160604A JP 5067093 A JP5067093 A JP 5067093A JP 6709393 A JP6709393 A JP 6709393A JP H06160604 A JPH06160604 A JP H06160604A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/28—Interference filters
- G02B5/289—Rugate filters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Filters (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、必要なスペクトルラインを
有する放射線を選択的に伝送または反射するエタロンの
ような光学素子に規定された分散特性を与え、屈折光学
系における分散を補償することを目的とする。 【構成】 エタロン基体14と、この基体の少なくとも一
方の主表面上に形成され、深さにより空間的に変化する
屈折率プロフィールを有し、プロフィールが光学装置に
規定された分散特性を提供するように選択されている被
覆12を具備していることを特徴とする。屈折率は例えば
正弦波曲線関数にしたがって変化する空間的に変化する
屈折率プロフィールを有する。
有する放射線を選択的に伝送または反射するエタロンの
ような光学素子に規定された分散特性を与え、屈折光学
系における分散を補償することを目的とする。 【構成】 エタロン基体14と、この基体の少なくとも一
方の主表面上に形成され、深さにより空間的に変化する
屈折率プロフィールを有し、プロフィールが光学装置に
規定された分散特性を提供するように選択されている被
覆12を具備していることを特徴とする。屈折率は例えば
正弦波曲線関数にしたがって変化する空間的に変化する
屈折率プロフィールを有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に光学装置、特に光
学装置用の被覆材料および方法に関する。
学装置用の被覆材料および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】スペクトル解析のための狭帯域のファブ
リィペローエタロンの使用は、R.Russel Austin 氏によ
り文献（“Solid Fabry-Perot Etalons AS Narrow Band
Filters ”，Electro Optical System Design,6,32, 19
73年 7月，32乃至37頁）およびAdrian E.RocheおよびAl
an M.Title氏により論文（“Ultra Narrow Band Infrar
ed Filter Radiometry”，Second Joint Conference on
Sensing Atmospheric Pollutants ，-ISA-JSP 6656 ，
Washington D.C. ，1973年12月10乃至12日，21乃至24
頁）に記載されたものにより明らかにされているように
技術的に知られている。狭帯域のエタロンは、James A.
Plascyk およびFres C.Gabriel氏による文献（“The Fr
aunhofer Line Discriminator MK II ”，IEEE Transac
tion on Instrumentation and Measurement ，Vol.IM-2
4 ，No.4，1975年12月，306 乃至313頁）に記載されて
いるようにフラウンホーヘルライン弁別装置のような適
用およびＮＡＳＡによって発射された水素アルファ望遠
鏡において使用される。
リィペローエタロンの使用は、R.Russel Austin 氏によ
り文献（“Solid Fabry-Perot Etalons AS Narrow Band
Filters ”，Electro Optical System Design,6,32, 19
73年 7月，32乃至37頁）およびAdrian E.RocheおよびAl
an M.Title氏により論文（“Ultra Narrow Band Infrar
ed Filter Radiometry”，Second Joint Conference on
Sensing Atmospheric Pollutants ，-ISA-JSP 6656 ，
Washington D.C. ，1973年12月10乃至12日，21乃至24
頁）に記載されたものにより明らかにされているように
技術的に知られている。狭帯域のエタロンは、James A.
Plascyk およびFres C.Gabriel氏による文献（“The Fr
aunhofer Line Discriminator MK II ”，IEEE Transac
tion on Instrumentation and Measurement ，Vol.IM-2
4 ，No.4，1975年12月，306 乃至313頁）に記載されて
いるようにフラウンホーヘルライン弁別装置のような適
用およびＮＡＳＡによって発射された水素アルファ望遠
鏡において使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ここにおいて使用され
ているように、“エタロン”という用語は光学公差に対
して互いに平行な２つの部分的に反射する表面を有する
光学装置または素子を含むように意図されている。２つ
の反射被覆間の空間は空気または光学材料であることが
可能であり、厚いまたは薄いことが可能である。スペー
サが厚くなると、それだけエタロンの分解能は高くな
る。図１の（ａ）はスペーサが厚い光学材料の基体であ
る“固体”エタロンを示す。スペーサが固体で薄い場
合、エタロンは干渉フィルタの形態を呈する。
ているように、“エタロン”という用語は光学公差に対
して互いに平行な２つの部分的に反射する表面を有する
光学装置または素子を含むように意図されている。２つ
の反射被覆間の空間は空気または光学材料であることが
可能であり、厚いまたは薄いことが可能である。スペー
サが厚くなると、それだけエタロンの分解能は高くな
る。図１の（ａ）はスペーサが厚い光学材料の基体であ
る“固体”エタロンを示す。スペーサが固体で薄い場
合、エタロンは干渉フィルタの形態を呈する。
【０００４】大部分の従来技術のファブリィペローエタ
ロンは単一の狭帯域ラインだけをフィルタする。しかし
ながら、エタロンは周期的なチャンネルスペクトルを示
すため、チャンネルスペクトルの周期性は狭いスペクト
ル領域にわたってほぼ周期的なスペクトルに一致させら
れることができる。ソーススペクトルが著しく非周期的
である場合、エタロンは２つのラインだけに一致される
ことができる。さらに、ソースラインが広く分離れた場
合、エタロンフィネスの劣化は典型的にエタロンが１つ
のラインに対してのみ使用されることを可能にする。一
般的な一例は大気中のフラウンホーヘルラインに関す
る。これらのラインは非周期的であるだけでなく、広く
間隔を隔てられている。したがって、上記に示されたフ
ラウンホーヘルライン弁別装置において使用されるため
に３つの分離したエタロンが要求された。
ロンは単一の狭帯域ラインだけをフィルタする。しかし
ながら、エタロンは周期的なチャンネルスペクトルを示
すため、チャンネルスペクトルの周期性は狭いスペクト
ル領域にわたってほぼ周期的なスペクトルに一致させら
れることができる。ソーススペクトルが著しく非周期的
である場合、エタロンは２つのラインだけに一致される
ことができる。さらに、ソースラインが広く分離れた場
合、エタロンフィネスの劣化は典型的にエタロンが１つ
のラインに対してのみ使用されることを可能にする。一
般的な一例は大気中のフラウンホーヘルラインに関す
る。これらのラインは非周期的であるだけでなく、広く
間隔を隔てられている。したがって、上記に示されたフ
ラウンホーヘルライン弁別装置において使用されるため
に３つの分離したエタロンが要求された。
【０００５】コヒーレントな放射線のアナライザおよ
び、または検出器に対する低いフィネスのエタロンの使
用はまた技術的に知られている。一例として、Ｅ．Ｔ．
Ｓiebert氏による米国特許第 4,536,089号明細書（“An
alyzer for Coherent Radiation ”，8/20/85 ）は図４
において複数の検出器チャンネルに結合された複数の放
射線検出器を使用するための多数段エタロンを示してい
る。例として、Ｃ．Ｒ．Ｆencil 氏による米国特許第
4,170,416号明細書（“Apparatus for AnalyzingCohere
nt Radiation”，10/9/79 ）もまた参照される。この特
許明細書は、部分的に反射し、段を付けられた表面を有
する平坦なガラススペーサを含むファブリィペロー干渉
計またはエタロンを示す。これら２つの特許明細書の各
記載はここにおいて参照文献とされる。
び、または検出器に対する低いフィネスのエタロンの使
用はまた技術的に知られている。一例として、Ｅ．Ｔ．
Ｓiebert氏による米国特許第 4,536,089号明細書（“An
alyzer for Coherent Radiation ”，8/20/85 ）は図４
において複数の検出器チャンネルに結合された複数の放
射線検出器を使用するための多数段エタロンを示してい
る。例として、Ｃ．Ｒ．Ｆencil 氏による米国特許第
4,170,416号明細書（“Apparatus for AnalyzingCohere
nt Radiation”，10/9/79 ）もまた参照される。この特
許明細書は、部分的に反射し、段を付けられた表面を有
する平坦なガラススペーサを含むファブリィペロー干渉
計またはエタロンを示す。これら２つの特許明細書の各
記載はここにおいて参照文献とされる。
【０００６】スペクトルフィルタとしての高いフィネス
のエタロンの使用はまた技術的に知られている。図１の
（ａ）は基体２および被覆３および４からなる多数ライ
ンエタロン１を示す。エタロン１の伝送特性は大気また
はレーザスペクトルラインに公称的に一致されるように
設計されている。図１の（ｂ）はエタロン１によって通
過された周期的なスペクトルライン（伝送ピーク）を示
し、また典型的な非周期的な大気スペクトルラインを示
す。従来技術のエタロン１ａは分散（φ＝０）を示さ
ず、結果的にエタロンは分子分散により影響を与えられ
る大気スペクトルラインから“ウォークオフ”する。こ
れは結果的にエタロン１の故障を生じさせて重要な大気
ラインを通過し、結果的にこれらのラインの存在を検出
することに失敗する。
のエタロンの使用はまた技術的に知られている。図１の
（ａ）は基体２および被覆３および４からなる多数ライ
ンエタロン１を示す。エタロン１の伝送特性は大気また
はレーザスペクトルラインに公称的に一致されるように
設計されている。図１の（ｂ）はエタロン１によって通
過された周期的なスペクトルライン（伝送ピーク）を示
し、また典型的な非周期的な大気スペクトルラインを示
す。従来技術のエタロン１ａは分散（φ＝０）を示さ
ず、結果的にエタロンは分子分散により影響を与えられ
る大気スペクトルラインから“ウォークオフ”する。こ
れは結果的にエタロン１の故障を生じさせて重要な大気
ラインを通過し、結果的にこれらのラインの存在を検出
することに失敗する。
【０００７】エタロン“フィネス”はエタロン品質の尺
度であり、ライン幅に対するライン間隔の比として表さ
れる。換言すると、エタロンフィネスは反射率が増加し
たときにフィネスも増加するようにエタロン反射率の関
数である。
度であり、ライン幅に対するライン間隔の比として表さ
れる。換言すると、エタロンフィネスは反射率が増加し
たときにフィネスも増加するようにエタロン反射率の関
数である。
【０００８】色分散は長い間屈折光学系における劣化の
原因である。色消しレンズにおいて、色分散はいくつか
の特定波長で消去されるが、その他の箇所ではゼロでは
ない。スペクトル帯域にわたって分散を消去する通常の
技術を発明者は知らない。
原因である。色消しレンズにおいて、色分散はいくつか
の特定波長で消去されるが、その他の箇所ではゼロでは
ない。スペクトル帯域にわたって分散を消去する通常の
技術を発明者は知らない。
【０００９】したがって、本発明の目的は、エタロンの
ような光学素子に改良された被覆を提供し、制御され、
規定された分散特性を提供することである。
ような光学素子に改良された被覆を提供し、制御され、
規定された分散特性を提供することである。
【００１０】本発明の別の目的は、屈折光学系における
分散を補償する規定された分散を有する被覆に提供する
ことである。
分散を補償する規定された分散を有する被覆に提供する
ことである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】規定された分散を有する
光学素子の実施例によって上記および別の問題が克服さ
れ、本発明の目的が実現される。すなわち、本発明は光
の波長の変化と共に変化する光に対して位相シフトを生
成する光学素子を提供する。特に、例えば検出されるべ
き化学種の分子分散を一致させる規定された分散を有す
る多ラインエタロンの実施例が示されている。すなわ
ち、エタロン伝送ピークは“ウォークオフ”を阻止する
ように化学種のものに一致する。エタロンは従来技術の
エタロンより多数のラインを通過することを可能にされ
ているか、或は狭い帯域幅のフィルタが設けられている
ことが有効である。多数の相関されていないライン、例
えば太陽中のフラウンホーヘルライン等を同時に通過す
るエタロンフィルタもまた示されている。波長の関数と
してフリンジシフトを制御するために規定された分散を
有する干渉計中で使用するための光学素子も示されてい
る。
光学素子の実施例によって上記および別の問題が克服さ
れ、本発明の目的が実現される。すなわち、本発明は光
の波長の変化と共に変化する光に対して位相シフトを生
成する光学素子を提供する。特に、例えば検出されるべ
き化学種の分子分散を一致させる規定された分散を有す
る多ラインエタロンの実施例が示されている。すなわ
ち、エタロン伝送ピークは“ウォークオフ”を阻止する
ように化学種のものに一致する。エタロンは従来技術の
エタロンより多数のラインを通過することを可能にされ
ているか、或は狭い帯域幅のフィルタが設けられている
ことが有効である。多数の相関されていないライン、例
えば太陽中のフラウンホーヘルライン等を同時に通過す
るエタロンフィルタもまた示されている。波長の関数と
してフリンジシフトを制御するために規定された分散を
有する干渉計中で使用するための光学素子も示されてい
る。
【００１２】光学系における色収差はシステムに分散被
覆を付加することによって除去されることが可能であ
り、被覆は既知の色収差を補償するように設計される。
これは改良された特性を提供し、色収差を補正するため
に要求される多数の素子を減少する。
覆を付加することによって除去されることが可能であ
り、被覆は既知の色収差を補償するように設計される。
これは改良された特性を提供し、色収差を補正するため
に要求される多数の素子を減少する。
【００１３】さらに、本発明は分散被覆を設計する２つ
の方法を示唆している。第１の方法はルーゲートの位相
が所望の結果をもたらすように制御されるルーゲート被
覆技術を使用する。第２の方法は、所望の特性を有する
被覆が公称的な開始点および被覆最適工程を使用する連
続した近似によって生成される反復被覆を使用する。本
発明は制御され、規定された分散特性をエタロンのよう
な光学素子に与えるようにルーゲート被覆の使用を拡張
する。このような分散ルーゲート被覆を設計する場合に
重要な要因は、ルーゲートにおいて反射時の位相シフト
がルーゲート被覆内の正弦波曲線屈折率プロフィールの
位相に直接関連し、一方正弦波曲線屈折率プロフィール
の周波数は位相シフトが発生する波長を決定することで
ある。したがって、正弦波曲線屈折率変化の周期が変化
されたときに正弦波曲線屈折率変化の位相を変化するこ
とによって、入射した放射線の波長の関数である入射放
射線の位相シフトが生成される。
の方法を示唆している。第１の方法はルーゲートの位相
が所望の結果をもたらすように制御されるルーゲート被
覆技術を使用する。第２の方法は、所望の特性を有する
被覆が公称的な開始点および被覆最適工程を使用する連
続した近似によって生成される反復被覆を使用する。本
発明は制御され、規定された分散特性をエタロンのよう
な光学素子に与えるようにルーゲート被覆の使用を拡張
する。このような分散ルーゲート被覆を設計する場合に
重要な要因は、ルーゲートにおいて反射時の位相シフト
がルーゲート被覆内の正弦波曲線屈折率プロフィールの
位相に直接関連し、一方正弦波曲線屈折率プロフィール
の周波数は位相シフトが発生する波長を決定することで
ある。したがって、正弦波曲線屈折率変化の周期が変化
されたときに正弦波曲線屈折率変化の位相を変化するこ
とによって、入射した放射線の波長の関数である入射放
射線の位相シフトが生成される。
【００１４】
【実施例】W.H.Southwell 氏による論文（“Spectal Re
sponse Calculations of RugateFilters Using Coupled
-wave Theory ”，Journal of the Optical Society of
America ,Vol.5(9),1558乃至1564頁，1988年）を参照す
る。この論文において、基体に対して垂直方向に連続的
に変化する屈折率を有する傾斜した屈折率の干渉フィル
タ被覆が論じられている。ルーゲート被覆により得られ
る狭い帯域幅の反射器が示されており、帯域幅はルーゲ
ートの厚さに反比例する。
sponse Calculations of RugateFilters Using Coupled
-wave Theory ”，Journal of the Optical Society of
America ,Vol.5(9),1558乃至1564頁，1988年）を参照す
る。この論文において、基体に対して垂直方向に連続的
に変化する屈折率を有する傾斜した屈折率の干渉フィル
タ被覆が論じられている。ルーゲート被覆により得られ
る狭い帯域幅の反射器が示されており、帯域幅はルーゲ
ートの厚さに反比例する。
【００１５】図３において、例示的なルーゲート屈折率
プロフィールが示されている。図３において、基体は右
側にあり、光は左から入射し、ｎS は基体の屈折率であ
り、ｎA は典型的に空気である入射媒体の屈折率であ
り、ｎ0 はルーゲートを通る平均屈折率であり、ｎ1 は
ｎ0 と比較して典型的に小さいピーク屈折率変化であ
る。φは屈折率の開始または初期位相変化である。
プロフィールが示されている。図３において、基体は右
側にあり、光は左から入射し、ｎS は基体の屈折率であ
り、ｎA は典型的に空気である入射媒体の屈折率であ
り、ｎ0 はルーゲートを通る平均屈折率であり、ｎ1 は
ｎ0 と比較して典型的に小さいピーク屈折率変化であ
る。φは屈折率の開始または初期位相変化である。
【００１６】この明細書において、ルーゲートという用
語が名詞として使用された場合、屈折率プロフィールが
正弦波である傾斜屈折率干渉フィルタを示すことを意図
されている。ルーゲートという単語が形容詞として使用
された場合は、ここでは被覆の正弦波屈折率プロフィー
ルを説明するものである。
語が名詞として使用された場合、屈折率プロフィールが
正弦波である傾斜屈折率干渉フィルタを示すことを意図
されている。ルーゲートという単語が形容詞として使用
された場合は、ここでは被覆の正弦波屈折率プロフィー
ルを説明するものである。
【００１７】本発明は、波長により位相の変化を与える
ルーゲート被覆の使用に拡張する。すなわち、位相は分
散性にされる。このような分散ルーゲート被覆を設計す
る場合の重要な要因は、ルーゲートにおいて反射時の位
相シフトがルーゲート被覆内の正弦波曲線屈折率プロフ
ィールの位相に直接関連され、一方正弦波曲線屈折率プ
ロフィールの周波数が位相シフトが発生する波長を決定
することである。したがって、正弦波曲線屈折率変化の
周期が変化されたときに正弦波曲線屈折率変化の位相を
変化することによって、入射した放射線の波長の関数で
ある入射した放射線の位相シフトが生成される。
ルーゲート被覆の使用に拡張する。すなわち、位相は分
散性にされる。このような分散ルーゲート被覆を設計す
る場合の重要な要因は、ルーゲートにおいて反射時の位
相シフトがルーゲート被覆内の正弦波曲線屈折率プロフ
ィールの位相に直接関連され、一方正弦波曲線屈折率プ
ロフィールの周波数が位相シフトが発生する波長を決定
することである。したがって、正弦波曲線屈折率変化の
周期が変化されたときに正弦波曲線屈折率変化の位相を
変化することによって、入射した放射線の波長の関数で
ある入射した放射線の位相シフトが生成される。
【００１８】単一波長に対して、ルーゲートは以下の屈
折率プロフィールを有する： ｎ＝ｎ0 ＋ｎ1 sin(Ｋｘ＋φ) ，Ｋ＝（４πｎ0 ／λ） （１） ここで、ｎ0 は平均屈折率であり、ｎ1 はピーク屈折率
変化であり、Ｋは最大反射が発生する波長λを決定し、
φは屈折率変化の開始位相であり、ｘは（０≦ｘ≦Ｌ）
の範囲内の厚さである。このプロフィールによって生成
される振幅反射率（ｒ）は： ｒ＝ tanh(ｕ／４) exp(ｉφ) ， ｕ＝ＫＬｎ1 ／ｎ0 ＝２πＮｎ1 ／ｎ0 ，ここにおいて ｜ｒ｜2 ＝Ｒ＝強度反射率 （２） ここで、Δλ／λ＝ｎ1 ／ｎ0 は部分的な帯域幅であ
り、ここにおいてＮは通常整数の半分である被覆中のサ
イクル数であり、Ｌは被覆の物理的な厚さである。最大
反射率は、部分的屈折率変化とサイクル数との積によっ
て決定され、一方反射時の位相シフトは屈折率プロフィ
ールの位相シフトφによって与えられることが認識でき
る。上記の解析は、図４の（ａ）に示されているような
単一の波長により使用するためのルーゲート設計の基本
を提供するものである。
折率プロフィールを有する： ｎ＝ｎ0 ＋ｎ1 sin(Ｋｘ＋φ) ，Ｋ＝（４πｎ0 ／λ） （１） ここで、ｎ0 は平均屈折率であり、ｎ1 はピーク屈折率
変化であり、Ｋは最大反射が発生する波長λを決定し、
φは屈折率変化の開始位相であり、ｘは（０≦ｘ≦Ｌ）
の範囲内の厚さである。このプロフィールによって生成
される振幅反射率（ｒ）は： ｒ＝ tanh(ｕ／４) exp(ｉφ) ， ｕ＝ＫＬｎ1 ／ｎ0 ＝２πＮｎ1 ／ｎ0 ，ここにおいて ｜ｒ｜2 ＝Ｒ＝強度反射率 （２） ここで、Δλ／λ＝ｎ1 ／ｎ0 は部分的な帯域幅であ
り、ここにおいてＮは通常整数の半分である被覆中のサ
イクル数であり、Ｌは被覆の物理的な厚さである。最大
反射率は、部分的屈折率変化とサイクル数との積によっ
て決定され、一方反射時の位相シフトは屈折率プロフィ
ールの位相シフトφによって与えられることが認識でき
る。上記の解析は、図４の（ａ）に示されているような
単一の波長により使用するためのルーゲート設計の基本
を提供するものである。
【００１９】広く分離された多数の波長（λi −λj >>
Δλ）に対して、ルーゲートは図４の（ｂ）に示されて
いるように屈折率プロフィールを合計することにより各
波長に対して得られてもよい： ｎ（ｘ）＝ ｎ0 ＋Σｎi sin(Ｋi ｘ＋φi ) Ｈ[(ｎi Ｋｘ´)/( ｎ0 ｕi )] （３） すなわち、個々のルーゲート正弦波は、被覆内において
要求される屈折率変化を表す複合波形を生成するように
加算される。Ｈは被覆の範囲を限定するエンベロープ関
数であり、（ｘ−ｘ0 ）＝ｘ´であり、ここにおいてｘ
0 はエンベロープの位置Ｈを与える。図４の（ａ）に示
されているように、Ｈは、０≦ｔ≦１の場合Ｈ（ｔ）＝
１であり、それ以外（ｔ＝ｘ´／Ｌ）はゼロであるよう
に方形開口である。一般的に、Ｈは有限の範囲の任意の
関数であることができる。特に、反射帯域の周囲におい
てサイドローブを最小にするようにＨを選択することが
通常通常望ましい。これはアポダイゼイション（apodiz
ation ）と呼ばれている。Ｌは式２により反射率に関連
させられるようにｕと関連して表されている。
Δλ）に対して、ルーゲートは図４の（ｂ）に示されて
いるように屈折率プロフィールを合計することにより各
波長に対して得られてもよい： ｎ（ｘ）＝ ｎ0 ＋Σｎi sin(Ｋi ｘ＋φi ) Ｈ[(ｎi Ｋｘ´)/( ｎ0 ｕi )] （３） すなわち、個々のルーゲート正弦波は、被覆内において
要求される屈折率変化を表す複合波形を生成するように
加算される。Ｈは被覆の範囲を限定するエンベロープ関
数であり、（ｘ−ｘ0 ）＝ｘ´であり、ここにおいてｘ
0 はエンベロープの位置Ｈを与える。図４の（ａ）に示
されているように、Ｈは、０≦ｔ≦１の場合Ｈ（ｔ）＝
１であり、それ以外（ｔ＝ｘ´／Ｌ）はゼロであるよう
に方形開口である。一般的に、Ｈは有限の範囲の任意の
関数であることができる。特に、反射帯域の周囲におい
てサイドローブを最小にするようにＨを選択することが
通常通常望ましい。これはアポダイゼイション（apodiz
ation ）と呼ばれている。Ｌは式２により反射率に関連
させられるようにｕと関連して表されている。
【００２０】連続した波長帯域にわたるルーゲートを設
計するために、式（３）の合計は積分によって置換され
る：
計するために、式（３）の合計は積分によって置換され
る：
【数４】 ここでｎ0 は平均屈折率に等しく、Ｋ＝４πｎ0 ／λ、
θ´は被覆中の内部角度であり、λは波長であり、ここ
でｕ（Ｋ）＝４tanh-1［Ｒ（Ｋ）］1/2 は所望の反射率
Ｒ（Ｋ）を得るための被覆中の多数のサイクルであり、
ｎ1 は単一の波長に対するｎ0 からの屈折率のピーク変
位であり、ここでφ（Ｋ）はＫの関数としての反射され
た光の位相であり、ｘは被覆への距離であり、Ｈは範囲
が波長λにおける屈折率変化の領域を限定するｘ0 に位
置されたエンベロープまたはアポダイジング関数であ
る。
θ´は被覆中の内部角度であり、λは波長であり、ここ
でｕ（Ｋ）＝４tanh-1［Ｒ（Ｋ）］1/2 は所望の反射率
Ｒ（Ｋ）を得るための被覆中の多数のサイクルであり、
ｎ1 は単一の波長に対するｎ0 からの屈折率のピーク変
位であり、ここでφ（Ｋ）はＫの関数としての反射され
た光の位相であり、ｘは被覆への距離であり、Ｈは範囲
が波長λにおける屈折率変化の領域を限定するｘ0 に位
置されたエンベロープまたはアポダイジング関数であ
る。
【００２１】上記において、ｄＫ／ΔＫ＝ｄＫｎ0 ／ｎ
i Ｋは合計から積分に移行するために使用される。
i Ｋは合計から積分に移行するために使用される。
【００２２】ｎ1 が一定であり、φがＫにおいて一定ま
たは直線的であり（すなわち全波長で同じ反射率であり
分散がない）、ΔＫが小さい場合、積分は以下のように
なる：
たは直線的であり（すなわち全波長で同じ反射率であり
分散がない）、ΔＫが小さい場合、積分は以下のように
なる：
【数５】 ここでφ´はＫに関するφの導関数であり（一定または
０と考えられる）、ＫM，φM はＫ，φの平均値であ
る。これは、正弦波が２π／ΔＫにほぼ等しいΔｘ＝
（λ）2 ／２（ｎ0 ）Δλにエンベロープ範囲を限定す
る付加的なエンベロープ（sinc関数）により乗算される
ことを除いて、単一の波長に対する上記の場合に類似し
ている。スペクトル帯域幅が増加すると、屈折率が著し
く変化する領域は小さくなる。図４の（ｃ）に示されて
いるように、技術的にＬより大きいこのエンベロープの
先端を切ることが可能である。ルーゲートパラメータ
は、Δλに対する位相シフトが小さいように選択され
る。
０と考えられる）、ＫM，φM はＫ，φの平均値であ
る。これは、正弦波が２π／ΔＫにほぼ等しいΔｘ＝
（λ）2 ／２（ｎ0 ）Δλにエンベロープ範囲を限定す
る付加的なエンベロープ（sinc関数）により乗算される
ことを除いて、単一の波長に対する上記の場合に類似し
ている。スペクトル帯域幅が増加すると、屈折率が著し
く変化する領域は小さくなる。図４の（ｃ）に示されて
いるように、技術的にＬより大きいこのエンベロープの
先端を切ることが可能である。ルーゲートパラメータ
は、Δλに対する位相シフトが小さいように選択され
る。
【００２３】φがわずかに分散する場合でも、式（５）
はφ（Ｋ）によって置換されたφに関してほぼ有効のま
まであるため、同じ結果が保たれる。
はφ（Ｋ）によって置換されたφに関してほぼ有効のま
まであるため、同じ結果が保たれる。
【００２４】上記に基づいて、最初に空間的に均一な分
散被覆を特定する技術を示す。次に、空間的に不均一な
被覆を特定する技術を示す。
散被覆を特定する技術を示す。次に、空間的に不均一な
被覆を特定する技術を示す。
【００２５】拡張されたスペクトル領域上に分散ルーゲ
ート被覆を特定する技術が提供される。所定の適用に対
して所望の分散および反射率を使用すると、式（４）は
公称的な被覆設計を決定するために使用される。エンベ
ロープは先端を切られるか（通常、sinc関数のゼロにお
いて）、或は有限領域にそれを限定するようにアポダイ
ズされてよい。トランケーションは、位相シフト変化が
Δλにおいて小さいように選択される要求される部分的
な帯域幅によって限定される。設計は、トランケーショ
ンおよび端部一致効果を除去するために必要に応じて反
復される。標準的な技術を使用してディスクリートな多
層形態に結果的な傾斜屈折率態様を変換することもはま
た本発明の技術的範囲内において実現される。
ート被覆を特定する技術が提供される。所定の適用に対
して所望の分散および反射率を使用すると、式（４）は
公称的な被覆設計を決定するために使用される。エンベ
ロープは先端を切られるか（通常、sinc関数のゼロにお
いて）、或は有限領域にそれを限定するようにアポダイ
ズされてよい。トランケーションは、位相シフト変化が
Δλにおいて小さいように選択される要求される部分的
な帯域幅によって限定される。設計は、トランケーショ
ンおよび端部一致効果を除去するために必要に応じて反
復される。標準的な技術を使用してディスクリートな多
層形態に結果的な傾斜屈折率態様を変換することもはま
た本発明の技術的範囲内において実現される。
【００２６】図２の（ａ）は基体14の主面に供給された
ルーゲート被覆12に対して規定された分散特性を有する
ように構成されたエタロン10を示す。放射線は反対側の
主面に入射する。図２の（ｂ）は、非周期的な大気スペ
クトルラインに一致させられている図２の（ａ）のエタ
ロンの伝送ピークを示す。図２の（ｂ）の図１の（ｂ）
に対する比較は、エタロン10の伝送特性が放射線のソー
スの分散特性に一致させられており、媒体中の分子的な
化学種によって誘導された分散が補償されることを示
す。
ルーゲート被覆12に対して規定された分散特性を有する
ように構成されたエタロン10を示す。放射線は反対側の
主面に入射する。図２の（ｂ）は、非周期的な大気スペ
クトルラインに一致させられている図２の（ａ）のエタ
ロンの伝送ピークを示す。図２の（ｂ）の図１の（ｂ）
に対する比較は、エタロン10の伝送特性が放射線のソー
スの分散特性に一致させられており、媒体中の分子的な
化学種によって誘導された分散が補償されることを示
す。
【００２７】エタロン10の製造は標準的なルーゲート
（または多層）製造と本質的に変わらない。ルーゲート
に対して、以下の点が留意されるべきである。第１に、
被覆開始点（基体上の位置）はｎ0 であってはならな
い。しかしながら、sinc関数のゼロにおけるトランケー
ションすなわちアポダイゼイションは開始点をゼロに戻
す。第２に、平均周波数は中間帯域から本質的に不変で
ある。第３に、エタロンラインの周囲において大きい阻
止領域が一般に望ましいため、ルーゲート反射帯域は比
較的広い。これは、ルーゲート被覆が比較的薄くなけれ
ばならず、この点においてルーゲートの厚さが定数ｎに
対して増加されると、ルーゲートの帯域幅が減少するこ
とを示す。比較的薄いルーゲート被覆は製造制御要求を
緩和し、被覆中に与えられるストレスを軽減する。した
がって、標準的な被覆製造技術が適用可能である。
（または多層）製造と本質的に変わらない。ルーゲート
に対して、以下の点が留意されるべきである。第１に、
被覆開始点（基体上の位置）はｎ0 であってはならな
い。しかしながら、sinc関数のゼロにおけるトランケー
ションすなわちアポダイゼイションは開始点をゼロに戻
す。第２に、平均周波数は中間帯域から本質的に不変で
ある。第３に、エタロンラインの周囲において大きい阻
止領域が一般に望ましいため、ルーゲート反射帯域は比
較的広い。これは、ルーゲート被覆が比較的薄くなけれ
ばならず、この点においてルーゲートの厚さが定数ｎに
対して増加されると、ルーゲートの帯域幅が減少するこ
とを示す。比較的薄いルーゲート被覆は製造制御要求を
緩和し、被覆中に与えられるストレスを軽減する。した
がって、標準的な被覆製造技術が適用可能である。
【００２８】図２の（ａ）において、基体14はガラスか
ら構成され、被覆12の材料は例えばＴｈＦ4 、ＺｎＳ
ｅ、Ｓｉx Ｏy およびＴｉＯ2 およびそれらの組合わせ
から構成されてもよい。現在好ましい被覆付着方法は、
基体14が選択された被覆ソース材料と共に真空室に配置
され、深さによる傾斜屈折率変化またはそれに近似した
層を提供するようにソース材料が制御可能に蒸発させら
れ、基体14の表面上に付着させられる蒸着技術を使用す
る。
ら構成され、被覆12の材料は例えばＴｈＦ4 、ＺｎＳ
ｅ、Ｓｉx Ｏy およびＴｉＯ2 およびそれらの組合わせ
から構成されてもよい。現在好ましい被覆付着方法は、
基体14が選択された被覆ソース材料と共に真空室に配置
され、深さによる傾斜屈折率変化またはそれに近似した
層を提供するようにソース材料が制御可能に蒸発させら
れ、基体14の表面上に付着させられる蒸着技術を使用す
る。
【００２９】光学系における分散および、または色収差
を補正するか、或いは規定された分散を付加するため
に、所望の分散特性を有する光学系に被覆を付加するこ
とが可能である。これは屈折光学系における色収差、ス
ペクトロメータの分散効果および２進光学系における色
収差等を補正するために行われることができる。１つ以
上の光学系のグループが分散的である１つ以上の光学系
のグループを含む屈折光学系に対するこのような補正装
置の一例は図５に示されている。ここにおいて、それら
の間に分散反射被覆24を備え、被覆24が瞳孔に公称的に
配置されている分散光学系の２つのグループ20および22
が示されている。分散反射被覆24は上記に詳細に示され
ているように光学系20および、または22における分散を
補償し、例えば検出器26の放射線受信面において分散の
ない画像を提供するように設計される。
を補正するか、或いは規定された分散を付加するため
に、所望の分散特性を有する光学系に被覆を付加するこ
とが可能である。これは屈折光学系における色収差、ス
ペクトロメータの分散効果および２進光学系における色
収差等を補正するために行われることができる。１つ以
上の光学系のグループが分散的である１つ以上の光学系
のグループを含む屈折光学系に対するこのような補正装
置の一例は図５に示されている。ここにおいて、それら
の間に分散反射被覆24を備え、被覆24が瞳孔に公称的に
配置されている分散光学系の２つのグループ20および22
が示されている。分散反射被覆24は上記に詳細に示され
ているように光学系20および、または22における分散を
補償し、例えば検出器26の放射線受信面において分散の
ない画像を提供するように設計される。
【００３０】光学系において、分散は通常色焦点変化、
色球面収差等のように空間的に変化する。これは、分散
が開口を横切って空間的に変化する被覆を必要とする。
この被覆は通常の被覆システムの使用により与えられる
ことができる。
色球面収差等のように空間的に変化する。これは、分散
が開口を横切って空間的に変化する被覆を必要とする。
この被覆は通常の被覆システムの使用により与えられる
ことができる。
【００３１】分散の空間変化がそれ程大きくない場合に
のみ適用可能な、第１の被覆システム方法において、被
覆室の幾何学形状およびパラメータは所望の特性を有す
る不均一な被覆を生成するように変化される。しかしな
がら、これは実際に実現し難いことが多い。
のみ適用可能な、第１の被覆システム方法において、被
覆室の幾何学形状およびパラメータは所望の特性を有す
る不均一な被覆を生成するように変化される。しかしな
がら、これは実際に実現し難いことが多い。
【００３２】第２の被覆システム方法において、被覆が
正しい分布を有するように選択された時間期間中空間マ
スクが被覆路に挿入される。任意の空間領域に対する滞
在時間は、その領域に対して所望の被覆付着を得るよう
に選択される。この技術は被覆の開始位相を変化するた
めに使用されることができるが、分散を制御するために
複雑になる。
正しい分布を有するように選択された時間期間中空間マ
スクが被覆路に挿入される。任意の空間領域に対する滞
在時間は、その領域に対して所望の被覆付着を得るよう
に選択される。この技術は被覆の開始位相を変化するた
めに使用されることができるが、分散を制御するために
複雑になる。
【００３３】図６の（ａ）に示されている第３の被覆シ
ステム方法において、いくつかの被覆が基体の異なる空
間領域上に付着される。任意の随意の空間的に変化する
分散プロフィールφ（λ，／ｒ）の場合、φ（λ，ｒベ
クトル）が図６の（ｂ）に示されているようにその領域
に対してφi （λ）と少しだけ異なるように一連の空間
領域ｃi が決定される。この技術はφ（λ，ｒ）に少し
の近似性を与える。各領域ｃi 上に被覆は分散φ
i （λ）を有して施される。各被覆はその領域に対して
公称的に空間的な均一であるが、それは隣接した領域間
の不連続性を減少するように少しテーパーを付けられる
（上記の方法によって）ことができる。
ステム方法において、いくつかの被覆が基体の異なる空
間領域上に付着される。任意の随意の空間的に変化する
分散プロフィールφ（λ，／ｒ）の場合、φ（λ，ｒベ
クトル）が図６の（ｂ）に示されているようにその領域
に対してφi （λ）と少しだけ異なるように一連の空間
領域ｃi が決定される。この技術はφ（λ，ｒ）に少し
の近似性を与える。各領域ｃi 上に被覆は分散φ
i （λ）を有して施される。各被覆はその領域に対して
公称的に空間的な均一であるが、それは隣接した領域間
の不連続性を減少するように少しテーパーを付けられる
（上記の方法によって）ことができる。
【００３４】例えば、本発明にしたがって構成されたエ
タロンは、検出特性を改良するために例えば上記に示さ
れた論文に参照されているタイプのフラウンホーヘルラ
イン弁別装置の素子および分子化学種に一致させられた
狭帯域フィルタとして使用されてもよい。
タロンは、検出特性を改良するために例えば上記に示さ
れた論文に参照されているタイプのフラウンホーヘルラ
イン弁別装置の素子および分子化学種に一致させられた
狭帯域フィルタとして使用されてもよい。
【００３５】本発明の光学素子は、また例えば太陽中の
フラウンホーヘルラインのような多数の関連していない
ラインを同時に通過させるフィルタとして使用されても
よい。光学素子はまた光学素子が波長依存性フリンジシ
フトを制御するように規定された分散を有している干渉
計において使用されてもよい。
フラウンホーヘルラインのような多数の関連していない
ラインを同時に通過させるフィルタとして使用されても
よい。光学素子はまた光学素子が波長依存性フリンジシ
フトを制御するように規定された分散を有している干渉
計において使用されてもよい。
【００３６】一般に、本発明にしたがって構成された光
学装置は、放射線のソースおよび、または放射線が通過
する媒体および、または所望の誘起された分散の分散特
性に関連した規定された分散特性を備えている。
学装置は、放射線のソースおよび、または放射線が通過
する媒体および、または所望の誘起された分散の分散特
性に関連した規定された分散特性を備えている。
【００３７】以上、本発明は特に好ましい実施例を参照
して示され説明されてきたが、当業者は本発明の技術的
範囲を逸脱することなく形態および詳細を変化すること
が可能なことを理解するであろう。
して示され説明されてきたが、当業者は本発明の技術的
範囲を逸脱することなく形態および詳細を変化すること
が可能なことを理解するであろう。
【図１】従来技術のエタロンの概略図および非周期的な
大気スペクトルラインに関連したエタロンの伝送ピーク
を示したグラフ。
大気スペクトルラインに関連したエタロンの伝送ピーク
を示したグラフ。
【図２】規定された分散特性を有するように構成された
エタロンの概略図および非周期的な大気スペクトルライ
ンに一致させられたこのエタロンの伝送ピークを示した
グラフ。
エタロンの概略図および非周期的な大気スペクトルライ
ンに一致させられたこのエタロンの伝送ピークを示した
グラフ。
【図３】厚さの関数としてルーゲートに対する屈折率プ
ロフィールを示したグラフ。
ロフィールを示したグラフ。
【図４】単一の波長での使用に対するルーゲート、波長
の帯域での使用に対するルーゲートおよびエンベロープ
のゼロで切られたルーゲートをそれぞれ示したグラフ。
の帯域での使用に対するルーゲートおよびエンベロープ
のゼロで切られたルーゲートをそれぞれ示したグラフ。
【図５】分散のないシステムを生成するために１つ以上
の分散光学系のグループと組合わせられた分散被覆の概
略図。
の分散光学系のグループと組合わせられた分散被覆の概
略図。
【図６】任意の空間分散プロフィールを生成するための
多数の被覆の組合わせを示した概略図。
多数の被覆の組合わせを示した概略図。
Claims (8)
- 【請求項１】 規定された分散特性を提供するように光
素子を製造する方法において、 基体を設け、 基体の表面上に被覆を形成し、 被覆内の正弦波曲線屈折率変化の位相を変化し、一方重
要な波長の関数である入射した放射線に位相シフトを与
えるように正弦波曲線屈折率変化の周期を変化するステ
ップを含んでいることを特徴とする製造方法。 - 【請求項２】 前記被覆を形成するステップは正弦波曲
線関数にしたがって空間的に変化する屈折率プロフィー
ルｎ（ｘ）を有するルーゲート被覆を形成し、ｎ（ｘ）
は式： 【数１】 によって与えられ、ここでｎ0 は平均屈折率に等しく、
Ｋ＝４πｎ0 ／λ、θ´は被覆中の内部角度であり、λ
は波長であり、ｕ（Ｋ）＝４tanh-1［Ｒ（Ｋ）］1/2 は
所望の反射率Ｒ（Ｋ）を得るための被覆中のサイクル数
であり、ｎ1 は単一波長に対するｎ0 からの屈折率のピ
ーク変位であり、φ（Ｋ）はＫの関数として反射された
光の位相であり、ｘは被覆への距離であり、Ｈは範囲が
波長λにおける屈折率変化の領域を限定するｘ0 に位置
されたエンベロープまたはアポダイズ関数である請求項
１記載の方法。 - 【請求項３】 重要なスペクトルラインを有する放射線
を選択的に伝送または反射する光学装置において、 表面を有する基体と、 深さにより空間的に変化する屈折率プロフィールを有
し、プロフィールが前記光学装置に規定された分散特性
を提供するように選択されている前記基体の前記表面上
に形成された被覆とを具備していることを特徴とする光
学装置。 - 【請求項４】 前記基体表面の被覆は、正弦波曲線関数
にしたがって変化する空間的に変化する屈折率プロフィ
ールｎ（ｘ）を有するルーゲート被覆を含み、ｎ（ｘ）
は式： 【数２】 によって与えられ、ここでｎ0 は平均屈折率に等しく、
Ｋ＝４πｎ0 ／λ、θ´は被覆中の内部角度であり、λ
は波長であり、ｕ（Ｋ）＝４tanh-1［Ｒ（Ｋ）］1/2 は
所望の反射率Ｒ（Ｋ）を得るための被覆中のサイクル数
であり、ｎ1 は単一波長に対するｎ0 からの屈折率のピ
ーク変位であり、φ（Ｋ）はＫの関数として反射された
光の位相であり、ｘは被覆中への距離であり、Ｈは範囲
が波長λにおける屈折率変化の領域を限定するｘ0 に位
置されたエンベロープまたはアポダイズ関数である請求
項３記載の光学装置。 - 【請求項５】 放射線のソースの存在を検出する装置に
おいて、 少なくとも１つの表面上に分散被覆を含み、この分散被
覆が深さにより空間的に変化する屈折率プロフィールを
有し、そのプロフィールは所望の分散特性を生成するよ
うに選択されることを特徴とする重要な波長を有する放
射線信号を受信するために配置された光学素子を具備し
ている装置。 - 【請求項６】 プロフィールは放射線信号が伝播する媒
体内の分子化学種による放射線信号の分散を補償するよ
うに選択される請求項５記載の装置。 - 【請求項７】 前記基体上の被覆は正弦波曲線関数にし
たがって変化する空間的に変化する屈折率プロフィール
ｎ（ｘ）を有しているルーゲート被覆を含み、ｎ（ｘ）
は式： 【数３】 によって与えられ、ここでｎ0 は平均屈折率に等しく、
Ｋ＝４πｎ0 ／λ、θ´は被覆中の内部角度であり、λ
は波長であり、ｕ（Ｋ）＝４tanh-1［Ｒ（Ｋ）］1/2 は
所望の反射率Ｒ（Ｋ）を得るための被覆中のサイクル数
であり、ｎ1 は単一波長に対するｎ0 からの屈折率のピ
ーク変位であり、φ（Ｋ）はＫの関数として反射された
光の位相であり、ｘは被覆中への距離であり、Ｈは範囲
が波長λにおける屈折率変化の領域を限定するｘ0 に位
置されたエンベロープまたはアポダイズ関数である請求
項５記載の光学装置。 - 【請求項８】 さらに重要な波長を有する放射線を検出
する前記光学素子に関して配置された検出器手段を具備
している請求項５記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/857,007 US5293548A (en) | 1992-03-25 | 1992-03-25 | Dispersive rugate coatings |
| US857007 | 1992-03-25 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06160604A true JPH06160604A (ja) | 1994-06-07 |
| JPH07101244B2 JPH07101244B2 (ja) | 1995-11-01 |
Family
ID=25324952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5067093A Expired - Lifetime JPH07101244B2 (ja) | 1992-03-25 | 1993-03-25 | 分散ルーゲート被覆 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5293548A (ja) |
| EP (1) | EP0562828B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07101244B2 (ja) |
| AU (1) | AU654767B2 (ja) |
| CA (1) | CA2092223C (ja) |
| DE (1) | DE69318060D1 (ja) |
| IL (1) | IL105087A (ja) |
| TR (1) | TR27886A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7495832B2 (en) | 2002-12-17 | 2009-02-24 | Nec Corporation | Light dispersion filter and optical module |
| JP2009169429A (ja) * | 2009-04-17 | 2009-07-30 | Nec Corp | 光モジュール |
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| CA2122932C (en) * | 1993-05-06 | 1998-01-06 | Thomas D. Rahmlow Jr. | Rugate filter having suppressed harmonics |
| DE69404889T2 (de) * | 1993-05-06 | 1998-03-26 | Hughes Aircraft Co | Breitbandfilter mit kontinuierlich varierendem Brechungsindex |
| US5726805A (en) * | 1996-06-25 | 1998-03-10 | Sandia Corporation | Optical filter including a sub-wavelength periodic structure and method of making |
| DE19722560A1 (de) * | 1997-05-28 | 1998-12-03 | Alsthom Cge Alcatel | Empfänger für ein optisches Nachrichtenübertragungssystem, Filtervorrichtung und Verfahren zu dessen Betrieb |
| US6010756A (en) * | 1998-05-19 | 2000-01-04 | Lockheed Martin Corporation | Rugate filter and method of making same |
| US6500521B2 (en) * | 1999-05-14 | 2002-12-31 | Agere Systems Inc. | Stepped etalon |
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| US6956702B2 (en) | 2003-04-23 | 2005-10-18 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Projector with spectral filter |
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