JPH07101243B2 - 分散被覆を持つエタロン - Google Patents
分散被覆を持つエタロンInfo
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- JPH07101243B2 JPH07101243B2 JP5067092A JP6709293A JPH07101243B2 JP H07101243 B2 JPH07101243 B2 JP H07101243B2 JP 5067092 A JP5067092 A JP 5067092A JP 6709293 A JP6709293 A JP 6709293A JP H07101243 B2 JPH07101243 B2 JP H07101243B2
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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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
- G01J3/26—Generating the spectrum; Monochromators using multiple reflection, e.g. Fabry-Perot interferometer, variable interference filters
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- Optical Filters (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に光学装置、特にエ
タロン用の被覆に関する。
タロン用の被覆に関する。
【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ファー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ファー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】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。
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。
【０００４】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。
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。
【０００５】図１の（ａ）はスペーサ材料または基体２
および被覆３および４からなる平坦な多数ラインエタロ
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せられるように設計
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１は分散を示さない（φ＝０）。す
なわち、従来技術のエタロンは波長の関数として位相シ
フトを発生しない。結果的に、周期的なエタロンは非周
期的な大気スペクトルラインから“ウォークオフ”し、
これは分子分散により影響を与えられる。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。
および被覆３および４からなる平坦な多数ラインエタロ
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せられるように設計
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１は分散を示さない（φ＝０）。す
なわち、従来技術のエタロンは波長の関数として位相シ
フトを発生しない。結果的に、周期的なエタロンは非周
期的な大気スペクトルラインから“ウォークオフ”し、
これは分子分散により影響を与えられる。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。
【０００６】その代りとして、分子ラインを通過するよ
うにフィルタラインの幅を広くすることが可能である
が、しかしこれはフィルタの効果を劣化する。
うにフィルタラインの幅を広くすることが可能である
が、しかしこれはフィルタの効果を劣化する。
【０００７】さらに詳細には、高いフィネスのエタロン
は位置が以下の式によって与えられる多数の伝送ピーク
を生成する： φ＋ψ＝２πｌ ここで ψ＝２πｄ＝４ｎｄπ cosθ´／λ＝エタロンスペーサ
の位相； ｌ＝整数： ｎ，ｄ，θ´＝エタロン屈折率、厚さおよび内部角度； λ＝Ｎ番目の波長； φ＝エタロン被覆の位相。
は位置が以下の式によって与えられる多数の伝送ピーク
を生成する： φ＋ψ＝２πｌ ここで ψ＝２πｄ＝４ｎｄπ cosθ´／λ＝エタロンスペーサ
の位相； ｌ＝整数： ｎ，ｄ，θ´＝エタロン屈折率、厚さおよび内部角度； λ＝Ｎ番目の波長； φ＝エタロン被覆の位相。
【０００８】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。
【０００９】エタロン１のスペーサ材料２が選択される
と、屈折率および内部角度が決定される。所望の伝送ピ
ークの波長は優先度を与えられると考えられる。エタロ
ン１の厚さは自由スペクトル範囲を設定し、１つのライ
ンまたは伝送ピークを配置するように選択される。しか
しながら、ラインが周期的でない場合、非分散被覆を有
するエタロンは２つのラインだけに一致されることがで
きる。
と、屈折率および内部角度が決定される。所望の伝送ピ
ークの波長は優先度を与えられると考えられる。エタロ
ン１の厚さは自由スペクトル範囲を設定し、１つのライ
ンまたは伝送ピークを配置するように選択される。しか
しながら、ラインが周期的でない場合、非分散被覆を有
するエタロンは２つのラインだけに一致されることがで
きる。
【００１０】したがって、本発明の１つの目的は多数の
伝送ピーク（多ピーク）のエタロンの伝送ピーク特性を
特定する分散被覆を提供することである。
伝送ピーク（多ピーク）のエタロンの伝送ピーク特性を
特定する分散被覆を提供することである。
【００１１】本発明の別の目的は、多ピークエタロン用
の改良された被覆を提供することであり、ピークがかな
り離れている場合でも、被覆はルーゲイトに制御され、
規定された分散特性を与える。
の改良された被覆を提供することであり、ピークがかな
り離れている場合でも、被覆はルーゲイトに制御され、
規定された分散特性を与える。
【００１２】本発明の別の目的は、多ピークエタロンの
伝送ピーク特性を限定するように製造された分散ルーゲ
イト被覆を提供することである。
伝送ピーク特性を限定するように製造された分散ルーゲ
イト被覆を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記およびその他の問題
は、規定された分散を有する多ピークエタロンによって
克服され、本発明の目的が実現される。特に、エタロン
分散および被覆分散が通過されるスペクトルラインのも
のと一致するように、エタロン自身中の望ましくない分
散を補償し、および、または分散を付加するために規定
された分散を有する多ピークエタロンの実施例が示され
ている。第１の実施例において、位相シフトは通過され
ることを所望された各波長に対してルーゲイト正弦波の
位相を調節することによって１波長ベースでルーゲイト
被覆中に与えられる。ルーゲイト被覆は広く分離された
スペクトルラインに対する個々のルーゲイト屈折率正弦
波の合計か、或は比較的狭い帯域内のスペクトルライン
に対する個々の屈折率正弦波の積分であってもよい。第
２の実施例において、分散被覆は反復技術によって設計
される。
は、規定された分散を有する多ピークエタロンによって
克服され、本発明の目的が実現される。特に、エタロン
分散および被覆分散が通過されるスペクトルラインのも
のと一致するように、エタロン自身中の望ましくない分
散を補償し、および、または分散を付加するために規定
された分散を有する多ピークエタロンの実施例が示され
ている。第１の実施例において、位相シフトは通過され
ることを所望された各波長に対してルーゲイト正弦波の
位相を調節することによって１波長ベースでルーゲイト
被覆中に与えられる。ルーゲイト被覆は広く分離された
スペクトルラインに対する個々のルーゲイト屈折率正弦
波の合計か、或は比較的狭い帯域内のスペクトルライン
に対する個々の屈折率正弦波の積分であってもよい。第
２の実施例において、分散被覆は反復技術によって設計
される。
【００１４】１実施例において、エタロンは検出される
べき化学種の分子分散と一致する分散特性を与えられて
いる。すなわち、エタロンの伝送ピークは“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。多数の相関されていないライン、例え
ば太陽中のフラ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。
べき化学種の分子分散と一致する分散特性を与えられて
いる。すなわち、エタロンの伝送ピークは“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。多数の相関されていないライン、例え
ば太陽中のフラ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。
【００１５】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の方法はルーゲイトの位相
が所望の結果をもたらすように制御されるルーゲイト被
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標準的な被覆最適作業を使
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。
の方法を示唆している。第１の方法はルーゲイトの位相
が所望の結果をもたらすように制御されるルーゲイト被
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標準的な被覆最適作業を使
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。
【００１６】本発明は制御され、規定された分散特性を
エタロンに与えるようにルーゲイト被覆の使用を拡張す
る。このような分散ルーゲイト被覆を設計する場合に重
要な要因は、ルーゲイトにおいて反射時の位相シフトが
ルーゲイ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的な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。この位相シフトが波
長と共に変化した場合、被覆は分散被覆と呼ばれる。
エタロンに与えるようにルーゲイト被覆の使用を拡張す
る。このような分散ルーゲイト被覆を設計する場合に重
要な要因は、ルーゲイトにおいて反射時の位相シフトが
ルーゲイ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的な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。この位相シフトが波
長と共に変化した場合、被覆は分散被覆と呼ばれる。
【００１７】
【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正弦波
曲線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（ルーゲイト）が論じられている。ルーゲ
イ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、帯域幅は部分的な屈折率の変化に比例する。
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正弦波
曲線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（ルーゲイト）が論じられている。ルーゲ
イ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、帯域幅は部分的な屈折率の変化に比例する。
【００１８】以下の説明は簡単化のために垂直な入射の
場合に限定されているが、結果はSouthwell 氏によって
示されたように垂直ではない入射に容易に拡張される。
場合に限定されているが、結果はSouthwell 氏によって
示されたように垂直ではない入射に容易に拡張される。
【００１９】図３において、例示的なルーゲイト屈折率
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 はルーゲイ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 はルーゲイ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。
【００２０】この明細書において、ルーゲイトという用
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。ルーゲイ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。ルーゲイ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。
【００２１】本発明は、波長により位相の変化をエタロ
ンに与えるルーゲイト被覆の使用を拡張する。すなわ
ち、位相は分散性にされる。このような分散ルーゲイト
被覆を設計する場合の重要な要因は、ルーゲイトにおい
て反射時の位相シフトがルーゲイ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。
ンに与えるルーゲイト被覆の使用を拡張する。すなわ
ち、位相は分散性にされる。このような分散ルーゲイト
被覆を設計する場合の重要な要因は、ルーゲイトにおい
て反射時の位相シフトがルーゲイ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。
【００２２】単一波長の垂直な入射に対して、ルーゲイ
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) Ｒ＝｜ｒ｜2 ＝強度反射率 ｕ＝ＫＬｎ1 ／ｎ0 ＝２πＮｎ1 ／ｎ0 ， （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イト設計の基本
を提供するものである。
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) Ｒ＝｜ｒ｜2 ＝強度反射率 ｕ＝ＫＬｎ1 ／ｎ0 ＝２πＮｎ1 ／ｎ0 ， （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イト設計の基本
を提供するものである。
【００２３】広く分離された多数の波長（λi −
λj 〉〉Δλ）に対して、ルーゲイトは図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 Ｋ (ｘ−ｘ0 )]/(ｎ0 ｕi )} （３） すなわち、個々のルーゲイト正弦波は、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
数である。図３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
を取ることが通常通常望ましい。これはアポダイゼイシ
ョン（apodization ）と呼ばれている。上記において、
Ｌは式２により反射率にＬを関連させるようにｕと関連
して表されている。
λj 〉〉Δλ）に対して、ルーゲイトは図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 Ｋ (ｘ−ｘ0 )]/(ｎ0 ｕi )} （３） すなわち、個々のルーゲイト正弦波は、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
数である。図３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
を取ることが通常通常望ましい。これはアポダイゼイシ
ョン（apodization ）と呼ばれている。上記において、
Ｌは式２により反射率にＬを関連させるようにｕと関連
して表されている。
【００２４】連続した波長帯域にわたるルーゲイトを設
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５】 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。式（４）において、ｄＫ／ΔＫ＝ｄＫｎ0 ／ｎ1 Ｋ
は合計から積分になる。
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。式（４）において、ｄＫ／ΔＫ＝ｄＫｎ0 ／ｎ1 Ｋ
は合計から積分になる。
【００２５】ｎ1 が一定であり、φがＫにおいて一定ま
たは直線的である（すなわち全波長で同じ反射率であり
分散がない）場合、ΔＫは小さく、Ｈ＝１であり、積分
は以下のようになる：
たは直線的である（すなわち全波長で同じ反射率であり
分散がない）場合、ΔＫは小さく、Ｈ＝１であり、積分
は以下のようになる：
【数６】 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。ルーゲイトパラメータ
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。ルーゲイトパラメータ
は、Δλに対する位相シフトが小さいように選択され
る。
【００２６】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。
【００２７】上記に基づいて図４の（ａ）乃至（ｃ）を
参照すると、拡張されたスペクトル領域上に分散ルーゲ
イ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（１），
（３）または（４）は所望の複素数反射率にｕ，φを関
連させる式（２）と共に公称的な被覆設計を決定するた
めに使用される。エンベロープは切られる（トランケー
ション）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、反射率を得るために要求される部
分的な帯域幅および要求されるサイクル数によって限定
され、ｎi 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。設計は、トランケーション、サイドロー
ブ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。
参照すると、拡張されたスペクトル領域上に分散ルーゲ
イ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（１），
（３）または（４）は所望の複素数反射率にｕ，φを関
連させる式（２）と共に公称的な被覆設計を決定するた
めに使用される。エンベロープは切られる（トランケー
ション）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、反射率を得るために要求される部
分的な帯域幅および要求されるサイクル数によって限定
され、ｎi 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。設計は、トランケーション、サイドロー
ブ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。
【００２８】図２の（ａ）は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を示し、規定された分散
特性はスペーサ材料の少なくとも１つの主面または基体
14に供給されたルーゲイト被覆12によって与えられる。
放射線は反対側の主面に入射する。示されているよう
に、１つのルーゲイト被覆12が供給された場合、反対側
の主面は通常のエタロン被覆３により被覆され、１つの
ルーゲイト被覆12は被覆３および基体14の分散を補償す
る。しかしながら、単一のルーゲイト被覆は基体14の分
散を補償するように限定され、その後このルーゲイト被
覆が各被覆が要求される規定された分散の半分のような
一部分に寄与するようにを両主面に供給される。放射線
検出器16は重要な波長を有する放射線の存在を検出する
ために配置されている。
るように構成されたエタロン10を示し、規定された分散
特性はスペーサ材料の少なくとも１つの主面または基体
14に供給されたルーゲイト被覆12によって与えられる。
放射線は反対側の主面に入射する。示されているよう
に、１つのルーゲイト被覆12が供給された場合、反対側
の主面は通常のエタロン被覆３により被覆され、１つの
ルーゲイト被覆12は被覆３および基体14の分散を補償す
る。しかしながら、単一のルーゲイト被覆は基体14の分
散を補償するように限定され、その後このルーゲイト被
覆が各被覆が要求される規定された分散の半分のような
一部分に寄与するようにを両主面に供給される。放射線
検出器16は重要な波長を有する放射線の存在を検出する
ために配置されている。
【００２９】図２の（ｂ）は、非周期的な大気スペクト
ルラインに一致されている図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νl ＝ν0 ＋ν
1 ｌ＋ν2 ｌ2 ＋…のソースの分散特性に一致させられ
ており、ソースおよび、または伝送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。
例えば太陽中のフランホーヘルラインのような複数の関
連されていないスペクトルラインにエタロン10の伝送ピ
ークを一致させることも本発明の技術的範囲内である。
また、例えばレーザラインにエタロン10の伝送特性を一
致させることも本発明の技術的範囲内である。干渉計に
おいて使用するためにエタロンを提供することも本発明
の技術的範囲内であり、この場合エタロンは波長依存性
の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。
ルラインに一致されている図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νl ＝ν0 ＋ν
1 ｌ＋ν2 ｌ2 ＋…のソースの分散特性に一致させられ
ており、ソースおよび、または伝送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。
例えば太陽中のフランホーヘルラインのような複数の関
連されていないスペクトルラインにエタロン10の伝送ピ
ークを一致させることも本発明の技術的範囲内である。
また、例えばレーザラインにエタロン10の伝送特性を一
致させることも本発明の技術的範囲内である。干渉計に
おいて使用するためにエタロンを提供することも本発明
の技術的範囲内であり、この場合エタロンは波長依存性
の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。
【００３０】本発明によると、エタロン10の伝送ピーク
は、被覆12が２πＮとφとの間の任意の差を補償するよ
うにｌ番目の波長で必要な位相シフトを提供するように
上記において詳細に示された方法で被覆を位相分散性に
することによって重要な複数のスペクトルラインに一致
させられる。
は、被覆12が２πＮとφとの間の任意の差を補償するよ
うにｌ番目の波長で必要な位相シフトを提供するように
上記において詳細に示された方法で被覆を位相分散性に
することによって重要な複数のスペクトルラインに一致
させられる。
【００３１】一例として、エタロン10が太陽フランホー
ヘルラインに一致させられる場合、式（３）は種々の比
較的広く間隔を隔てられ、関連しないスペクトルライン
に対して正弦波曲線的に変化する屈折率の合計であるル
ーゲイト被覆を得るために使用される。
ヘルラインに一致させられる場合、式（３）は種々の比
較的広く間隔を隔てられ、関連しないスペクトルライン
に対して正弦波曲線的に変化する屈折率の合計であるル
ーゲイト被覆を得るために使用される。
【００３２】エタロン10の製造は標準的なルーゲイト
（または多層）製造と本質的に変わらない。ルーゲイト
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、ルーゲイト反射帯域は比
較的広い。これは、ルーゲイ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イトの厚さが定数ｎ1
に対して増加されると、ルーゲイトの帯域幅が減少する
ことを示す。比較的薄いルーゲイ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。ルーゲイト
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、ルーゲイト反射帯域は比
較的広い。これは、ルーゲイ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イトの厚さが定数ｎ1
に対して増加されると、ルーゲイトの帯域幅が減少する
ことを示す。比較的薄いルーゲイ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。
【００３３】図２の（ａ）において、基体14は 100マイ
クロメータ程度の厚さを有するガラスから構成され、被
覆12の材料は例えばＴｈＦ4 、ＺｎＳｅ、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蒸発室に配置され、深さに
よる所望の傾斜屈折率変化またはそれに近似した多層を
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。
クロメータ程度の厚さを有するガラスから構成され、被
覆12の材料は例えばＴｈＦ4 、ＺｎＳｅ、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蒸発室に配置され、深さに
よる所望の傾斜屈折率変化またはそれに近似した多層を
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。
【００３４】本発明のエタロンは、例えば検出特性を改
良するために上記に参照された文献に記載されているタ
イプの分子種に一致されたフランホーヘルライン弁別装
置および狭帯域フィルタの素子として使用される。分散
特性はまた多ラインレーザソースによって誘導された分
散を補償するように選択されてもよい。一般に、被覆12
の分散特性は放射線源および、または基体14の材料を含
んでいる放射線が伝播する媒体によって発生させられた
分散の関数として選択される。
良するために上記に参照された文献に記載されているタ
イプの分子種に一致されたフランホーヘルライン弁別装
置および狭帯域フィルタの素子として使用される。分散
特性はまた多ラインレーザソースによって誘導された分
散を補償するように選択されてもよい。一般に、被覆12
の分散特性は放射線源および、または基体14の材料を含
んでいる放射線が伝播する媒体によって発生させられた
分散の関数として選択される。
【００３５】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図３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図３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イ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イト、波長
の帯域での使用に対するルーゲイトおよびエンベロープ
のゼロで切られたルーゲイ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イトおよびエンベロープ
のゼロで切られたルーゲイトをそれぞれ示したグラフ。
Claims (7)
- 【請求項１】 規定された分散特性を提供するようにエ
タロンを製造する方法において、 所定の波長を有する放射線に実質的に透明である基体を
設け、 基体の表面上に被覆を形成し、 その被覆の形成は、被覆内の正弦波曲線屈折率の位相を
変化し、一方所定の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
を変化させ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】 被覆の形成ステップは、複数の正弦波曲
線屈折率プロフィールの合計である空間的に変化する屈
折率プロフィールｎ（ｘ）を有するルーゲイト被覆を形
成し、ここでｎ（ｘ）は式： 【数１】 によって与えられ、ここでｎ0 はルーゲイト被覆の平均
屈折率であり、ｎi はｉ番目の波長λi におけるピーク
屈折率変化であり、Ｋ＝４πｎ0 ／λi であり、φi は
屈折率変化の開始位相であり、ｘはルーゲイト被覆中へ
の距離であり、Ｈは有限範囲のエンベロープ関数であ
り、tanh2 ｕi ／４はｉ番目の波長λi における被覆の
反射率である請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 形成ステップは複数の正弦屈折率プロフ
ィールの積分である空間的に変化する屈折率プロフィー
ルｎ（ｘ）を有するルーゲイト被覆を形成し、ここで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であり、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ｘ
0 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４】 所定のスペクトルラインを選択的に通過
させるエタロンにおいて、 第１の主面および第２の反対側の主面を有する基体と、 前記基体の前記主面の少なくとも１つに形成され、その
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、そのプロフィールが放射線信号のソースの分散特性
に一致した規定された分散特性をエタロンに与えるよう
に選択されている被覆とを具備していることを特徴とす
るエタロン。 - 【請求項５】 前記被覆は複数の正弦波曲線屈折率プロ
フィールの合計である空間的に変化する屈折率プロフィ
ールｎ（ｘ）を有するルーゲイト被覆を含み、ここでｎ
（ｘ）は式： 【数３】 によって与えられ、ここでｎ0 はルーゲイト被覆の平均
屈折率であり、ｎi はｉ番目の波長λi におけるピーク
屈折率変化であり、Ｋ＝４πｎ0 ／λi であり、φi は
屈折率変化の開始位相であり、ｘはルーゲイト被覆中へ
の距離であり、Ｈは有限範囲のエンベロープ関数であ
り、tanh2 ｕi ／４はｉ番目の波長λi における被覆の
反射率である請求項４記載のエタロン。 - 【請求項６】 前記被覆は複数の正弦屈折率プロフィー
ルの積分である空間的に変化する屈折率プロフィールｎ
（ｘ）を有するルーゲイト被覆を含み、ここでｎ（ｘ）
は式： 【数４】 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であり、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
中の多数のサイクルであり、ｎ1 は単一波長に対するｎ
0 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４記載のエタロン。 - 【請求項７】 所定の波長を有する放射線を検出する装
置において、 光学素子が放射線が入射する第１の主面および反対側の
第２の主面を有する基体を含み、所定の波長を有する放
射線の受光および伝送のために配置されたエタロンと、 その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、プロフィールが所望の分散特性に一致するように
選択されている前記基体の前記主面の少なくとも１つに
形成された分散被覆と、 前記エタロンを通過する所定の波長を有する放射線の存
在を検出するために前記エタロンに関して配置された検
出器手段とを具備していることを特徴とする装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/857,367 US5291332A (en) | 1992-03-25 | 1992-03-25 | Etalons with dispersive coatings |
| US857367 | 1992-03-25 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0627318A JPH0627318A (ja) | 1994-02-04 |
| JPH07101243B2 true JPH07101243B2 (ja) | 1995-11-01 |
Family
ID=25325835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5067092A Expired - Lifetime JPH07101243B2 (ja) | 1992-03-25 | 1993-03-25 | 分散被覆を持つエタロン |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5291332A (ja) |
| EP (1) | EP0562827A1 (ja) |
| JP (1) | JPH07101243B2 (ja) |
| KR (1) | KR970003760B1 (ja) |
| AU (1) | AU655717B2 (ja) |
| CA (1) | CA2092102A1 (ja) |
| IL (1) | IL105089A (ja) |
| NO (1) | NO931055L (ja) |
| TR (1) | TR26917A (ja) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5289314A (en) * | 1992-03-25 | 1994-02-22 | Hughes Aircraft Company | Coatings for laser detector etalons |
| EP0623834A1 (en) * | 1993-05-06 | 1994-11-09 | Hughes Aircraft Company | Rugate filter having suppressed harmonics |
| USH1572H (en) * | 1995-01-03 | 1996-08-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Wavelength stabilizing laser mirror |
| US5726805A (en) * | 1996-06-25 | 1998-03-10 | Sandia Corporation | Optical filter including a sub-wavelength periodic structure and method of making |
| US6329925B1 (en) | 1999-11-24 | 2001-12-11 | Donnelly Corporation | Rearview mirror assembly with added feature modular display |
| US6169604B1 (en) * | 1999-02-10 | 2001-01-02 | Avanex Corporation | Nonlinear interferometer for fiber optic dense wavelength division multiplexer utilizing a phase bias element to separate wavelengths in an optical signal |
| US6690846B2 (en) * | 2001-03-01 | 2004-02-10 | Chorum Technologies Lp | Dispersion-compensated optical wavelength router |
| US6573505B2 (en) * | 2001-06-04 | 2003-06-03 | The Boeing Company | Detector array structure for eliminating channel spectrum |
| US6618199B2 (en) * | 2001-06-05 | 2003-09-09 | Axsun Technologies, Inc. | Dual-band fabry-perot mirror coating |
| US6809859B2 (en) * | 2002-07-31 | 2004-10-26 | Semrock, Inc. | Optical filter and fluorescence spectroscopy system incorporating the same |
| US7411679B2 (en) * | 2002-07-31 | 2008-08-12 | Semrock, Inc. | Optical filter and fluorescence spectroscopy system incorporating the same |
| US6947218B2 (en) * | 2002-08-30 | 2005-09-20 | Research Electro-Optics, Inc. | Fabry-perot etalon with independently selectable resonance frequency and free spectral range |
| US7310177B2 (en) | 2002-09-20 | 2007-12-18 | Donnelly Corporation | Electro-optic reflective element assembly |
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