JPH06167389A - レ−ザ検出器エタロン用の被覆 - Google Patents
レ−ザ検出器エタロン用の被覆Info
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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
-
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- G02B5/20—Filters
- G02B5/28—Interference filters
- G02B5/289—Rugate filters
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、レ−ザ検出エタロンのエタロン階
段の位相変化による帯域端部の望ましくない劣化を除去
し、最少化することを目的とする。 【構成】 少なくとも1つの階段を有する第1の主表面
と反対側の第2の主表面とを有する基体10と、この基体
の主表面の少なくとも1つに形成される複数の分散被覆
12a,12b とを具備し、それらの複数の分散被覆12a,12b
はそれぞれ深さを通じて空間的に変化する屈折率プロフ
ィルを有し、そのプロフィルは階段における放射の位相
シフトのため前記エタロンの変調の低下を減少するよう
に選択されていることを特徴とする。
段の位相変化による帯域端部の望ましくない劣化を除去
し、最少化することを目的とする。 【構成】 少なくとも1つの階段を有する第1の主表面
と反対側の第2の主表面とを有する基体10と、この基体
の主表面の少なくとも1つに形成される複数の分散被覆
12a,12b とを具備し、それらの複数の分散被覆12a,12b
はそれぞれ深さを通じて空間的に変化する屈折率プロフ
ィルを有し、そのプロフィルは階段における放射の位相
シフトのため前記エタロンの変調の低下を減少するよう
に選択されていることを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光学装置特にエタロン
用の光学被覆に関する。
用の光学被覆に関する。
【0002】
【従来の技術】コヒ−レントの放射の分析器および/又
は検出器用のエタロンの使用は従来技術で知られてい
る。例えばE. T. Siebert の“Analyzer for Coherent
Radiation ”(8/20/85 )と題する米国特許第4,536,08
9 号明細書は複数の検出器チャンネルに結合する複数の
放射検出器で使用される多段エタロンとして図4で示さ
れている。別の文献は例えばC. R. Fencilの“Apparatu
s for Analyzing CoherentRadiation”(10/9/79 )と
題する米国特許第4,170,416 号明細書である。この特許
明細書は部分反射の段をなす表面を有する平坦ガラスス
ペ−サを具備するファブリ−ペロ−干渉計又はエタロン
を示す。
は検出器用のエタロンの使用は従来技術で知られてい
る。例えばE. T. Siebert の“Analyzer for Coherent
Radiation ”(8/20/85 )と題する米国特許第4,536,08
9 号明細書は複数の検出器チャンネルに結合する複数の
放射検出器で使用される多段エタロンとして図4で示さ
れている。別の文献は例えばC. R. Fencilの“Apparatu
s for Analyzing CoherentRadiation”(10/9/79 )と
題する米国特許第4,170,416 号明細書である。この特許
明細書は部分反射の段をなす表面を有する平坦ガラスス
ペ−サを具備するファブリ−ペロ−干渉計又はエタロン
を示す。
【0003】Robert Crane Jr.の“Coherent Light Sou
rce Detector”と題する米国特許第3,824,018 号明細書
(7/16/74 )もこれに関係している。
rce Detector”と題する米国特許第3,824,018 号明細書
(7/16/74 )もこれに関係している。
【0004】ここで使用されているように「エタロン」
という用語は光公差で互いに平行な2つの部分的反射表
面を有する光学装置又は素子を含む。2つの反射被覆の
間の空間は空気又は光学的材料であり、厚くも薄くもで
きる。スペ−サが厚くなる程エタロンの解像度は高くな
る。図1aはスペ−サが厚い光学材料である「固体」エ
タロンを示している。スペ−サが固体固体で薄いときエ
タロンは干渉フィルタの形態と考えられる。
という用語は光公差で互いに平行な2つの部分的反射表
面を有する光学装置又は素子を含む。2つの反射被覆の
間の空間は空気又は光学的材料であり、厚くも薄くもで
きる。スペ−サが厚くなる程エタロンの解像度は高くな
る。図1aはスペ−サが厚い光学材料である「固体」エ
タロンを示している。スペ−サが固体固体で薄いときエ
タロンは干渉フィルタの形態と考えられる。
【0005】図1aを参照すると既知のエタロンレ−ザ
検出器はエタロンを通過する放射線に対して位相シフト
を生成するため物理的階段(a−d)を有するエタロン
1を使用する。特定の階段を横切る位相シフトは次式に
より与えられる。 β=2ks;k=2πncosθ' /λ (1) ここでs=階段の高さであり、n、θ´は屈折率と内角
であり、λ=波長である。
検出器はエタロンを通過する放射線に対して位相シフト
を生成するため物理的階段(a−d)を有するエタロン
1を使用する。特定の階段を横切る位相シフトは次式に
より与えられる。 β=2ks;k=2πncosθ' /λ (1) ここでs=階段の高さであり、n、θ´は屈折率と内角
であり、λ=波長である。
【0006】中間帯域でβは公称上π/2又は90°であ
りこれは最適の値である。しかし波長(又は角度)が変
化するとき、位相は最適値から移動し、変調(又は階段
を横切る信号)はsinβにしたがって減少する。直角
位相シフトについても同様に当てはまる。この低下が非
常に大きくなるとコヒ−レント源の適切な識別は停止
し、検出「穴」が帯域端部又は視野(FOV)端部で生
じる。
りこれは最適の値である。しかし波長(又は角度)が変
化するとき、位相は最適値から移動し、変調(又は階段
を横切る信号)はsinβにしたがって減少する。直角
位相シフトについても同様に当てはまる。この低下が非
常に大きくなるとコヒ−レント源の適切な識別は停止
し、検出「穴」が帯域端部又は視野(FOV)端部で生
じる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】既知の通常の被覆レ−
ザ検出エタロンは帯域端部でこの望ましくない劣化を示
す。劣化は(a)エタロン階段を横切る位相変化と、
(b)エタロン階段を横切る位相変化による同位相と直
角位相チャンネルとの間の位相変化と、(c)FOVに
よる位相変化の結果である。
ザ検出エタロンは帯域端部でこの望ましくない劣化を示
す。劣化は(a)エタロン階段を横切る位相変化と、
(b)エタロン階段を横切る位相変化による同位相と直
角位相チャンネルとの間の位相変化と、(c)FOVに
よる位相変化の結果である。
【0008】通常の被覆では波長/FOVを有する変調
の典型的な低下が図1bに示されている。この低下は
(a)視野の検出穴と、(b)限定されたスペクトル範
囲、(c)レ−ザ検出システムに価格と複雑性を増す付
加的な検出チャンネルの必要性の生成に大きく影響す
る。
の典型的な低下が図1bに示されている。この低下は
(a)視野の検出穴と、(b)限定されたスペクトル範
囲、(c)レ−ザ検出システムに価格と複雑性を増す付
加的な検出チャンネルの必要性の生成に大きく影響す
る。
【0009】従って本発明の1つの目的は、エタロン階
段の前述した位相変化による帯域端部の望ましくない劣
化を除去し、最少化するレ−ザ検出エタロンの改良され
た被覆を提供することである。
段の前述した位相変化による帯域端部の望ましくない劣
化を除去し、最少化するレ−ザ検出エタロンの改良され
た被覆を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】前述の問題とその他の問
題は克服され、本発明の目的は波長又はFOVの関数と
しての相対的な変調の低下を除去し、最少化するエタロ
ンの実施例により達成される。第1の実施例はエタロン
階段を横切る位相シフトを補正するための分散被覆を使
用する。第2の実施例は位相シフトが被覆により生成さ
れる階段のないエタロンを提供する分散被覆を使用す
る。
題は克服され、本発明の目的は波長又はFOVの関数と
しての相対的な変調の低下を除去し、最少化するエタロ
ンの実施例により達成される。第1の実施例はエタロン
階段を横切る位相シフトを補正するための分散被覆を使
用する。第2の実施例は位相シフトが被覆により生成さ
れる階段のないエタロンを提供する分散被覆を使用す
る。
【0011】さらに本発明はエタロン被覆を設計する2
つの方法を提供する。第1の方法はル−ゲ−トの位相が
所望の結果を与えるために制御されたル−ゲ−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
公称上の開始点と標準的は被覆の適切なル−チンを使用
して好適な近似により生成される相互動作被覆設計技術
を使用する。
つの方法を提供する。第1の方法はル−ゲ−トの位相が
所望の結果を与えるために制御されたル−ゲ−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
公称上の開始点と標準的は被覆の適切なル−チンを使用
して好適な近似により生成される相互動作被覆設計技術
を使用する。
【0012】本発明は波長と同位相の変化を与えるル−
ゲ−ト被覆の使用を開発する。即ち位相は分散される。
このような分散ル−ゲ−ト被覆を設計する重要な要因
は、ル−ゲ−トにおいて反射の位相シフトがル−ゲ−ト
被覆内の正弦屈折率プロフィルの位相に直接関連され、
一方屈折率プロフィルの正弦屈折率周波数は位相シフト
が生じる波長を決定することである。従って正弦波屈折
率変化の期間が変化されたとき正弦波屈折率変化の位相
を変化することにより入射放射の位相シフトが生成さ
れ、これは入射放射の波長の関数である。
ゲ−ト被覆の使用を開発する。即ち位相は分散される。
このような分散ル−ゲ−ト被覆を設計する重要な要因
は、ル−ゲ−トにおいて反射の位相シフトがル−ゲ−ト
被覆内の正弦屈折率プロフィルの位相に直接関連され、
一方屈折率プロフィルの正弦屈折率周波数は位相シフト
が生じる波長を決定することである。従って正弦波屈折
率変化の期間が変化されたとき正弦波屈折率変化の位相
を変化することにより入射放射の位相シフトが生成さ
れ、これは入射放射の波長の関数である。
【0013】本発明の前述した特徴とその他の特徴は添
付図面を参照して本発明の詳細な説明を参照することに
より明白である。
付図面を参照して本発明の詳細な説明を参照することに
より明白である。
【0014】
【実施例】文献(W. H. Southwell による“Spectral R
esponse Calculation of RugateFilters Using Coupled
-wave Theory ”、Journal of the Optical Society of
America 、Vol.5(9)1558〜1564頁、1988年)には基
体に垂直な方向で正弦的に変化する屈折率を有する勾配
屈折率の干渉フィルタ被覆について記載されている。狭
い帯域幅の反射装置はル−ゲ−トの被覆で達成され、帯
域幅は屈折率の変化に比例することが示されている。
esponse Calculation of RugateFilters Using Coupled
-wave Theory ”、Journal of the Optical Society of
America 、Vol.5(9)1558〜1564頁、1988年)には基
体に垂直な方向で正弦的に変化する屈折率を有する勾配
屈折率の干渉フィルタ被覆について記載されている。狭
い帯域幅の反射装置はル−ゲ−トの被覆で達成され、帯
域幅は屈折率の変化に比例することが示されている。
【0015】図6ではル−ゲ−トの屈折率プロフィルの
1例が示されている。図では基体は右であり、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
は空気である入射媒体の屈折率であり、nO はル−ゲ−
トを通じる平均屈折率で、n1 は屈折率の変化のピ−ク
でこれは典型的にはnO と比較すると小さい。Phi
(φ)は屈折率の変化の開始又は初期位相である。
1例が示されている。図では基体は右であり、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
は空気である入射媒体の屈折率であり、nO はル−ゲ−
トを通じる平均屈折率で、n1 は屈折率の変化のピ−ク
でこれは典型的にはnO と比較すると小さい。Phi
(φ)は屈折率の変化の開始又は初期位相である。
【0016】ル−ゲ−トという用語は名詞として使用さ
れると屈折率プロフィルが正弦波である勾配屈折率干渉
フィルタを定義する。形容詞として使用されると用語ル
−ゲ−トは被覆の正弦波の屈折率プロフィルを示すもの
である。
れると屈折率プロフィルが正弦波である勾配屈折率干渉
フィルタを定義する。形容詞として使用されると用語ル
−ゲ−トは被覆の正弦波の屈折率プロフィルを示すもの
である。
【0017】本発明は波長と同位相の変化を与えるル−
ゲ−ト被覆の使用を開発する。即ち位相は分散される。
このような分散性のル−ゲ−ト被覆を設計する重要な要
素はル−ゲ−トにおいて反射の位相シフトがル−ゲ−ト
被覆内の正弦波屈折率プロフィルの位相に直接関連さ
れ、一方正弦波屈折率プロフィルの周波数は位相シフト
が生じる波長を決定する実施形態である。従って正弦波
屈折率変化の期間が変化されたとき正弦波屈折率変化の
位相を変化することにより入射放射の位相シフトが生成
され、これは入射放射の波長の関数である。即ち位相シ
フトは分散にされる。
ゲ−ト被覆の使用を開発する。即ち位相は分散される。
このような分散性のル−ゲ−ト被覆を設計する重要な要
素はル−ゲ−トにおいて反射の位相シフトがル−ゲ−ト
被覆内の正弦波屈折率プロフィルの位相に直接関連さ
れ、一方正弦波屈折率プロフィルの周波数は位相シフト
が生じる波長を決定する実施形態である。従って正弦波
屈折率変化の期間が変化されたとき正弦波屈折率変化の
位相を変化することにより入射放射の位相シフトが生成
され、これは入射放射の波長の関数である。即ち位相シ
フトは分散にされる。
【0018】単一波長の垂直入射ではル−ゲ−トは次式
の屈折率プロフィルを有する。 n(x)=n0 +n1 sin(Kx+φ) ,K=4πn0 /λ (2) ここでnO は平均屈折率であり、n1 はピ−クの屈折率
の変化で、Kは最大反射が生じるときの波長λを決定
し、φは屈折率の変化の開始位相で、xは領域(0≦x
≦L)内の厚さである。このプロフィルにより生成され
る振幅の反射(r)は次式のようになる。
の屈折率プロフィルを有する。 n(x)=n0 +n1 sin(Kx+φ) ,K=4πn0 /λ (2) ここでnO は平均屈折率であり、n1 はピ−クの屈折率
の変化で、Kは最大反射が生じるときの波長λを決定
し、φは屈折率の変化の開始位相で、xは領域(0≦x
≦L)内の厚さである。このプロフィルにより生成され
る振幅の反射(r)は次式のようになる。
【0019】r=tanh(u/4) exp(iφ) R=|r|2 =強度反射 u=KLn1 /nO =2πn1 /nO (3) Δλ/λ=n1 /n0 は分数の帯域幅でNは通常の半分
の整数である被覆のサイクル数で、Lは被覆の物理的厚
さである。λにおける最大反射は分数の屈折率変化とサ
イクル数とを掛けた積であるuにより決定され、一方反
射の位相シフトは屈折率プロフィルφの位相シフトによ
り与えられる。前述の分析は図5のaで示された単一波
長で使用するル−ゲ−ト設計の基本を提供する。
の整数である被覆のサイクル数で、Lは被覆の物理的厚
さである。λにおける最大反射は分数の屈折率変化とサ
イクル数とを掛けた積であるuにより決定され、一方反
射の位相シフトは屈折率プロフィルφの位相シフトによ
り与えられる。前述の分析は図5のaで示された単一波
長で使用するル−ゲ−ト設計の基本を提供する。
【0020】広く分離される(λi −λj >>Δλ)の
多重波長に対しては、ル−ゲ−トは屈折率プロフィルを
合計することにより図5bで示されているように各波長
に対して得られる。
多重波長に対しては、ル−ゲ−トは屈折率プロフィルを
合計することにより図5bで示されているように各波長
に対して得られる。
【0021】
【数3】 Southwell の分析では0≦x≦1ならばH(t)=1で
あり、さもなければH=0である。しかしより一般的に
Hは反射測波帯を最少化し有限の範囲(被覆の厚さ)を
有するように選択されたアポダイジング(apodizing) 関
数である。Hの可能な形態は方形波(Southwell 切
断)、フ−リエ変換ウィンドウ関数(Hanning, Kaiser-
Bessel等)又は他のアポダイジング関数(例えば切断ガ
ウス又は長球関数)である。Hに対するこれらの種々の
アポダイジング関数の使用は本発明の技術的範囲内であ
る。
あり、さもなければH=0である。しかしより一般的に
Hは反射測波帯を最少化し有限の範囲(被覆の厚さ)を
有するように選択されたアポダイジング(apodizing) 関
数である。Hの可能な形態は方形波(Southwell 切
断)、フ−リエ変換ウィンドウ関数(Hanning, Kaiser-
Bessel等)又は他のアポダイジング関数(例えば切断ガ
ウス又は長球関数)である。Hに対するこれらの種々の
アポダイジング関数の使用は本発明の技術的範囲内であ
る。
【0022】連続的波長帯域に亘るル−ゲ−トを設計す
るため式(4)の合計は積分により置換えられる。
るため式(4)の合計は積分により置換えられる。
【0023】
【数4】 ここでnO は平均的な屈折率と等しく、K=4πnO /
λ、θ´は被覆の内角であり、λは波長で、u(K)=
4tanh-1[R(K)]1/2 は望ましい反射R(K)
を達成するための被覆のサイクル数で、n1 は単一波長
のnO からの屈折率のピ−ク偏差であり、φ(K)はK
の関数としての反射光の位相であり、xは被覆への距離
であり、Hは範囲が波長λで屈折率の領域を限定するx
O に位置するエンベロ−プ又はアポダイジング関数であ
る。積分するとdK/ΔKにより乗算した式(4)が得
られ、ΔK=ni K/nO は反射帯域の幅である。
λ、θ´は被覆の内角であり、λは波長で、u(K)=
4tanh-1[R(K)]1/2 は望ましい反射R(K)
を達成するための被覆のサイクル数で、n1 は単一波長
のnO からの屈折率のピ−ク偏差であり、φ(K)はK
の関数としての反射光の位相であり、xは被覆への距離
であり、Hは範囲が波長λで屈折率の領域を限定するx
O に位置するエンベロ−プ又はアポダイジング関数であ
る。積分するとdK/ΔKにより乗算した式(4)が得
られ、ΔK=ni K/nO は反射帯域の幅である。
【0024】KにおいてNが一定でφが一定または線形
であるとき(即ち全ての波長で同一屈折で分散がな
い)、ΔKが平均Kと比較して小さいときおよびH=1
のとき以下の積分が与えられる。
であるとき(即ち全ての波長で同一屈折で分散がな
い)、ΔKが平均Kと比較して小さいときおよびH=1
のとき以下の積分が与えられる。
【0025】
【数5】 ここでφ´はK(一定又はゼロと仮定する)に関してφ
の導関数であり、KM、φM はK、φの平均値である。
このことは、Δxは2π/ΔKにほぼ等しく、2π/Δ
K=λ2 /(2(nO )Δλ)の範囲の大きな屈折率を
通常限定するエンベロ−プ(正弦関数)により正弦波が
乗算されることを除いて単一波長の前述の場合に類似す
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。このエンベロ−プを切断するこ
とは可能であり、これは図5cで見られるようにNのサ
イクル後、Lより技術的に大きい。
の導関数であり、KM、φM はK、φの平均値である。
このことは、Δxは2π/ΔKにほぼ等しく、2π/Δ
K=λ2 /(2(nO )Δλ)の範囲の大きな屈折率を
通常限定するエンベロ−プ(正弦関数)により正弦波が
乗算されることを除いて単一波長の前述の場合に類似す
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。このエンベロ−プを切断するこ
とは可能であり、これは図5cで見られるようにNのサ
イクル後、Lより技術的に大きい。
【0026】φが僅かに分散されると式(6)はφ
(K)により置換されたφでほぼ有効であり、従って同
一の結論に達する。
(K)により置換されたφでほぼ有効であり、従って同
一の結論に達する。
【0027】nO からの屈折率のピ−ク偏差がsin
(KM x+φM )=1で生じることが理解される。H=
1でsinc=1(最大)ならば、np =n1 ΔK/K
1 =nO ΔK/Kである。分数の帯域幅ΔK/Kが大き
くなるとピ−ク屈折率は物理的実現を超過するのに十分
な大きさになる。この場合sinc関数は(1)より少
なくなければならない。このことは全ての被覆に対して
規定した分散を加えることにより達成できる。実際の被
覆位相は相違が制御される(図5)限りレ−ザ検出エタ
ロンに対して重要でなく、等しい位相分散は各階段に加
えられる。位相分散は被覆(φ´)からsinc関数の
ピ−クを移動するか或いはsinc関数を小さいピ−ク
(例えばSi関数の差を与える直角位相)を有する別の
関数に変化するように選択されることができる。またφ
はn1K(dφ/dK)<<πnO であるように十分低
速に変化されるべきであり、又はn1 は十分小さく選択
されるべきである。n1 が小さくなると所定の反射と製
造公差に必要とするNを増加する。予め定められた達成
可能な値に必要なピ−ク屈折率を限定するように選択さ
れた位相分散を有する被覆を使用することは本発明の技
術的範囲内である。
(KM x+φM )=1で生じることが理解される。H=
1でsinc=1(最大)ならば、np =n1 ΔK/K
1 =nO ΔK/Kである。分数の帯域幅ΔK/Kが大き
くなるとピ−ク屈折率は物理的実現を超過するのに十分
な大きさになる。この場合sinc関数は(1)より少
なくなければならない。このことは全ての被覆に対して
規定した分散を加えることにより達成できる。実際の被
覆位相は相違が制御される(図5)限りレ−ザ検出エタ
ロンに対して重要でなく、等しい位相分散は各階段に加
えられる。位相分散は被覆(φ´)からsinc関数の
ピ−クを移動するか或いはsinc関数を小さいピ−ク
(例えばSi関数の差を与える直角位相)を有する別の
関数に変化するように選択されることができる。またφ
はn1K(dφ/dK)<<πnO であるように十分低
速に変化されるべきであり、又はn1 は十分小さく選択
されるべきである。n1 が小さくなると所定の反射と製
造公差に必要とするNを増加する。予め定められた達成
可能な値に必要なピ−ク屈折率を限定するように選択さ
れた位相分散を有する被覆を使用することは本発明の技
術的範囲内である。
【0028】前述したことを基本として拡張したスペク
トル領域にわたる分散したル−ゲ−ト被覆を実施する技
術が提供される。所望の応用のための好ましい分散と反
射を使用して式(5)は公称の被覆設計を決定すること
に使用される。エンベロ−プは(通常sinc関数のゼ
ロにおいて)切断されるか又は無限の領域にそれを限定
するようにアポダイジングされる。被覆の厚さは分数の
帯域幅と必要なサイクル数を提供するのに十分大きくな
ければならない。設計は切断と端部整合効果を除去する
ため必要ならば繰返される。結果的な傾斜屈折率の設計
を標準的な技術を用いて個々の多重層の実施例に変換す
ることも本発明の技術的範囲内である。製造は根本的に
標準的なル−ゲ−ト(又は多重層)の構造から変化され
ない。ル−ゲ−トでは以下の点が注目されるべきであ
る。第1に(基体における)被覆の開始点はnO ではな
いかも知れない。しかしsinc関数のゼロにおける切
断又はアポダイジングは開始点をゼロに戻す。第2に平
均周波数は根本的に中間帯域から変化されない。第3に
顕著なブロック領域が通常エタロン線周辺で望ましいの
で、ル−ゲ−ト反射帯域は比較的広い。このことはル−
ゲ−トの帯域幅がル−ゲ−トの厚さが増加するに従って
減少するので、ル−ゲ−ト被覆が比較的薄いことを示
す。比較的薄いル−ゲ−ト被覆は製造制御の必要性を緩
和し、被覆で生じた応力を減少する。従って標準的な被
覆製造技術は応用可能である。
トル領域にわたる分散したル−ゲ−ト被覆を実施する技
術が提供される。所望の応用のための好ましい分散と反
射を使用して式(5)は公称の被覆設計を決定すること
に使用される。エンベロ−プは(通常sinc関数のゼ
ロにおいて)切断されるか又は無限の領域にそれを限定
するようにアポダイジングされる。被覆の厚さは分数の
帯域幅と必要なサイクル数を提供するのに十分大きくな
ければならない。設計は切断と端部整合効果を除去する
ため必要ならば繰返される。結果的な傾斜屈折率の設計
を標準的な技術を用いて個々の多重層の実施例に変換す
ることも本発明の技術的範囲内である。製造は根本的に
標準的なル−ゲ−ト(又は多重層)の構造から変化され
ない。ル−ゲ−トでは以下の点が注目されるべきであ
る。第1に(基体における)被覆の開始点はnO ではな
いかも知れない。しかしsinc関数のゼロにおける切
断又はアポダイジングは開始点をゼロに戻す。第2に平
均周波数は根本的に中間帯域から変化されない。第3に
顕著なブロック領域が通常エタロン線周辺で望ましいの
で、ル−ゲ−ト反射帯域は比較的広い。このことはル−
ゲ−トの帯域幅がル−ゲ−トの厚さが増加するに従って
減少するので、ル−ゲ−ト被覆が比較的薄いことを示
す。比較的薄いル−ゲ−ト被覆は製造制御の必要性を緩
和し、被覆で生じた応力を減少する。従って標準的な被
覆製造技術は応用可能である。
【0029】本発明によると第1の被覆方法はβの変化
を補償するためにφを使用することである。図2のaは
上部および下部の主表面にそれぞれ供給されるル−ゲ−
ト被覆12aと12bを有する透明な基体10を含み、βと2
βの階段の高さを有するエタロン2を示す。βの位相変
化を補償するため次式が選択される。
を補償するためにφを使用することである。図2のaは
上部および下部の主表面にそれぞれ供給されるル−ゲ−
ト被覆12aと12bを有する透明な基体10を含み、βと2
βの階段の高さを有するエタロン2を示す。βの位相変
化を補償するため次式が選択される。
【0030】 φ1´−φ2´=2β´=2dβ/dk=4(s+(k/n)(dn/dk) (7) この結果を与えるφの全ての組合わせは許容できる。従
ってφ2´=0およびφ1´=2β´、又はφ2´=−
φ1´=β´が選択される。同様の関係がφ3´とφ4
´にも当てはまる。分散の厚さと屈折率は両者とも補償
されることが明白である。式(7)ではプライム符号を
有する項はkに関して導関数である。複数の放射検出器
13は前述の米国特許第4,536,039 号明細書を参照するよ
うにコヒ−レント放射を検出するためにエタロン2に関
して位置されている。
ってφ2´=0およびφ1´=2β´、又はφ2´=−
φ1´=β´が選択される。同様の関係がφ3´とφ4
´にも当てはまる。分散の厚さと屈折率は両者とも補償
されることが明白である。式(7)ではプライム符号を
有する項はkに関して導関数である。複数の放射検出器
13は前述の米国特許第4,536,039 号明細書を参照するよ
うにコヒ−レント放射を検出するためにエタロン2に関
して位置されている。
【0031】図2では上部主表面にのみ供給されたル−
ゲ−ト被覆16を有する透明な基体14を含む均一な階段の
高さβを有するエタロン3を示しており、ル−ゲ−ト被
覆16は示された特性を有する。
ゲ−ト被覆16を有する透明な基体14を含む均一な階段の
高さβを有するエタロン3を示しており、ル−ゲ−ト被
覆16は示された特性を有する。
【0032】図3のaとbは1以上の主表面にそれぞれ
供給されているル−ゲ−ト被覆20a,20b,24 とをそれ
ぞれ有する基体18,22 を具備するエタロン4、5の別の
実施例を示している。これらの実施例は位相シフトを生
成するためエタロン階段を減少し、ル−ゲ−ト被覆20
a,20b,24 を使用する。この場合φ´は式(6)のゼ
ロに等しく設定され、φは被覆位相を決定するために使
用される。r被覆でφ=0であるならば逆位相被覆(−
r)ではφ=180 °で、直角被覆で90°であり、負の直
角被覆では270 °である。図3のbでは記号(i)はマ
イナス1の平方根であり90°位相シフトを示すために使
用される。図3のaとbではr、−rは位相シフトφを
与え、ゴ−ルは不変の180 °位相シフトを有する2つの
被覆を提供することである。
供給されているル−ゲ−ト被覆20a,20b,24 とをそれ
ぞれ有する基体18,22 を具備するエタロン4、5の別の
実施例を示している。これらの実施例は位相シフトを生
成するためエタロン階段を減少し、ル−ゲ−ト被覆20
a,20b,24 を使用する。この場合φ´は式(6)のゼ
ロに等しく設定され、φは被覆位相を決定するために使
用される。r被覆でφ=0であるならば逆位相被覆(−
r)ではφ=180 °で、直角被覆で90°であり、負の直
角被覆では270 °である。図3のbでは記号(i)はマ
イナス1の平方根であり90°位相シフトを示すために使
用される。図3のaとbではr、−rは位相シフトφを
与え、ゴ−ルは不変の180 °位相シフトを有する2つの
被覆を提供することである。
【0033】図2と図3のいずれの実施例でも、放射は
上部又は下部表面に入射され、結果は図4で示されてい
る改良された被覆変調特性である。
上部又は下部表面に入射され、結果は図4で示されてい
る改良された被覆変調特性である。
【0034】通常のエタロン被覆を本発明のル−ゲ−ト
被覆への置換が現在の被覆技術を使用して達成されるこ
とを明白にするのは重要である。このことに関してはエ
タロン10と12の基体はガラスからなり、被覆材料は例え
ばThF4 、ZnSe、Six Oy 、TiO2 およびそ
れらの組合わせからなる。現在の好ましい被覆付着方法
は、基体が選択された被覆源材料を有する排気されたチ
ャンバに置かれる蒸着技術を使用し、材料源は深さによ
る傾斜した屈折率変化又はそれに類似する多重層を提供
するように基体表面に制御可能に蒸着され沈殿される。
被覆への置換が現在の被覆技術を使用して達成されるこ
とを明白にするのは重要である。このことに関してはエ
タロン10と12の基体はガラスからなり、被覆材料は例え
ばThF4 、ZnSe、Six Oy 、TiO2 およびそ
れらの組合わせからなる。現在の好ましい被覆付着方法
は、基体が選択された被覆源材料を有する排気されたチ
ャンバに置かれる蒸着技術を使用し、材料源は深さによ
る傾斜した屈折率変化又はそれに類似する多重層を提供
するように基体表面に制御可能に蒸着され沈殿される。
【0035】本発明のエタロンは例えば米国特許明細書
に記載されているタイプのコヒ−レントな分析器と検出
器の部品として使用される。
に記載されているタイプのコヒ−レントな分析器と検出
器の部品として使用される。
【0036】本発明は特別に示され好ましい実施例に関
して記載されたが形態および詳細の変化は本発明の技術
的範囲を逸脱することなく当業者によって変化できるこ
とが理解される。
して記載されたが形態および詳細の変化は本発明の技術
的範囲を逸脱することなく当業者によって変化できるこ
とが理解される。
【図1】通常の階段を有するエタロンの断面図およびそ
の中間帯域および帯域端部の伝送特性ならびに通常のエ
タロン用の波長又はFOVの関数としての相対的変調の
低下を示したグラフ。
の中間帯域および帯域端部の伝送特性ならびに通常のエ
タロン用の波長又はFOVの関数としての相対的変調の
低下を示したグラフ。
【図2】階段を有するエタロンの第1の実施例と第2の
実施例の断面図。
実施例の断面図。
【図3】階段のないエタロンの第1の実施例と第2の実
施例の断面図。
施例の断面図。
【図4】図2および図3のエタロンの伝送特性の改良を
示したグラフ。
示したグラフ。
【図5】単一波長で使用したル−ゲ−ト、波長帯域で使
用したル−ゲ−ト、エンベロ−プのゼロ位置で切断した
ル−ゲ−トの説明図。
用したル−ゲ−ト、エンベロ−プのゼロ位置で切断した
ル−ゲ−トの説明図。
【図6】厚さの関数としてのル−ゲ−トの屈折率プロフ
ィルのグラフ。
ィルのグラフ。
Claims (9)
- 【請求項1】 放射信号変調用のエタロンにおいて、 少なくとも1つの階段を有する第1の主表面と反対側の
第2の主表面とを有する基体と、 前記基体の前記主表面の少なくとも1つに形成される複
数の分散被覆とを具備し、前記複数の分散被覆はそれぞ
れ深さを通じて空間的に変化する屈折率プロフィルを有
し、そのプロフィルは前記少なくとも1つの階段におけ
る放射の位相シフトのため前記エタロンの変調の低下を
減少するように選択されていることを特徴とするエタロ
ン。 - 【請求項2】 プロフィルが前記少なくとも1つの階段
の高さの関数として選択される請求項1記載のエタロ
ン。 - 【請求項3】 前記複数の分散被覆が正弦関数に応じて
変化する空間的変化の屈折率プロフィルn(x)を有す
るル−ゲ−ト被覆であり、n(x)は次式により与えら
れ、 【数1】 ここで、nO は平均屈折率に等しく、K=4πnO /
λ、θ´は被覆の内角、λは波長、u(K)=4tan
h-1[R(K)]1/2 は所望の反射R(K)を達成する
ための被覆のサイクル数、n1 は単一波長に対するnO
からの屈折率のピ−ク偏差、φ(K)はK関数としての
反射光の位相、xは被覆への距離、Hはエンベロ−プ又
は範囲が波長λにおける屈折率変化領域を限定するxO
に位置するアポダイジング関数である請求項1記載のエ
タロン。 - 【請求項4】 前記複数の被覆が多重層被覆として形成
されている請求項1記載のエタロン。 - 【請求項5】 放射信号変調用のエタロンにおいて、 第1の主表面と反対側の第2の主表面を有する基体と、 前記基体の少なくとも1つの前記主表面上に形成される
複数の分散被覆とを具備し、前記複数の分散被覆はそれ
ぞれ深さを通じて空間的に変化する屈折率プロフィルを
有し、そのプロフィルは2つの隣接した被覆の間で予め
定められた位相シフトを導入するように選択されている
ことを特徴とするエタロン。 - 【請求項6】 前記複数の分散被覆が正弦関数に応じて
変化する空間的に変化する屈折率プロフィルn(x)を
有するル−ゲ−ト被覆であり、n(x)は次式により与
えられ、 【数2】 ここで、nO は平均屈折率に等しく、K=4πnO /
λ、θ´は被覆の内角、λは波長、u(K)=4tan
h-1[R(K)]1/2 は好ましい反射R(K)を達成す
るための被覆のサイクル数、n1 は単一波長のnO から
の屈折率のピ−ク偏差、φ(K)はK関数としての反射
光の位相、xは被覆への距離、Hはエンベロ−プ又は範
囲が波長λで屈折率変化領域を限定するxO に位置する
アポダイジング関数である請求項5記載のエタロン。 - 【請求項7】 前記複数の分散被覆は多重層被覆として
形成されている請求項5記載のエタロン。 - 【請求項8】 コヒ−レント放射検出用装置において、 少なくとも1つの階段を有する第1の主表面と反対側の
第2の主表面とを有する基体を含み、コヒ−レント放射
の受信のために位置するエタロンと、 それぞれ深さを通じて空間的に変化する屈折率プロフィ
ルを有し、プロフィルは前記少なくとも1つの階段でコ
ヒ−レント放射の位相シフトのため前記エタロンの変調
特性の低下を減少するように選択されている前記基体の
少なくとも1つの前記主表面上に形成された複数の分散
被覆と、 コヒ−レント放射の存在を検出するための前記エタロン
に関連して配置されている検出手段とを具備することを
特徴とするコヒ−レント放射検出用装置。 - 【請求項9】 コヒ−レント放射検出用装置において、 第1の主表面と主表面と反対の第2の表面とを有するコ
ヒ−レント放射受信用に位置するエタロンと、 前記複数の分散被覆はそれぞれ深さを通じて空間的に変
化する屈折率プロフィルを有し、プロフィルは2つの近
接した被覆の間のコヒ−レント放射で予め定められた位
相シフトを導入するように選択される前記基体の少なく
とも1つの前記主表面で形成される複数の分散被覆と、 コヒ−レント放射の存在検出用の前記エタロンに関して
位置される検出手段とを具備するコヒ−レント放射検出
用装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US857345 | 1992-03-25 | ||
US07/857,345 US5289314A (en) | 1992-03-25 | 1992-03-25 | Coatings for laser detector etalons |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06167389A true JPH06167389A (ja) | 1994-06-14 |
Family
ID=25325787
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5067094A Pending JPH06167389A (ja) | 1992-03-25 | 1993-03-25 | レ−ザ検出器エタロン用の被覆 |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5289314A (ja) |
EP (1) | EP0562829B1 (ja) |
JP (1) | JPH06167389A (ja) |
KR (1) | KR930020190A (ja) |
AU (1) | AU650386B2 (ja) |
CA (1) | CA2092626A1 (ja) |
DE (1) | DE69318460D1 (ja) |
IL (1) | IL105088A (ja) |
NO (1) | NO931054L (ja) |
TR (1) | TR26903A (ja) |
Cited By (1)
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- 1993-03-17 IL IL10508893A patent/IL105088A/xx not_active IP Right Cessation
- 1993-03-19 TR TR00302/93A patent/TR26903A/xx unknown
- 1993-03-23 EP EP93302210A patent/EP0562829B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-03-23 NO NO93931054A patent/NO931054L/no unknown
- 1993-03-23 DE DE69318460T patent/DE69318460D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1993-03-24 KR KR1019930004571A patent/KR930020190A/ko not_active Application Discontinuation
- 1993-03-25 JP JP5067094A patent/JPH06167389A/ja active Pending
- 1993-03-25 AU AU35488/93A patent/AU650386B2/en not_active Ceased
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