JPS61156004A - 凹面ミラーまたは凹面格子を有する光学装置 - Google Patents

凹面ミラーまたは凹面格子を有する光学装置

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JPS61156004A
JPS61156004A JP60285923A JP28592385A JPS61156004A JP S61156004 A JPS61156004 A JP S61156004A JP 60285923 A JP60285923 A JP 60285923A JP 28592385 A JP28592385 A JP 28592385A JP S61156004 A JPS61156004 A JP S61156004A
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thin film
grating
waveguide
film waveguide
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ラインホールト・ビトナー
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Carl Zeiss AG
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Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
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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： 本発明は比較的小さいまたはスリット状表面を結像する
だめの凹面ミラーまだは凹面格子を有する光学装置に関
する。小さい表面はたとえば光ファイバの入射面または
射出面である。スリット状表面はたとえばスペクトロメ
ータの入射または射出スリットである。本発明の有利な
適用分野は照明装置を含むスペクトロメータならびに光
コアイノζ情報伝達のだめのマルチプレクサおよびデマ
ルチプレクサである。
従来の技術： 球面凹面ミラーは入射角がゼロでない場合入射角ととも
に増大する非点収差を示す。この収差はトーリックまた
はダ円ミラーの使用によって補正することができるけれ
ど、このようなミラーは製造が複雑であり、したがって
高価である。球面凹面格子もこの収差を示す。というの
はその結像特性が当然球面凹面ミラーと類似しているか
らである。ホログラフにより製造した凹面格子に対して
は光源点の適当な選択によって非点収差を良好に補正し
うろことが公知であるけれど（たとえばＲ，ピットナＢ
ｉｔｔｎｅｒ、オゾテイーク０ｐｔｉｋ６４，１８５　
、１９８３年参照）、常用格子はそのブレーズ角によっ
て可視および赤外スペクトル帯域に高効率を有するので
、これらは現在もなお大きい意義を有する。さらにホロ
グラフにより製造した凹面格子の場合、像収差補正のた
めの光源点の決定によって格子、入射スリットおよびス
ペクトル平面の幾何学的配置が非常に制限されるので、
補正のためのもつと広い自由度が望まれる。
発明が解決しようとする問題点： それゆえ本発明の目的は凹面ミラーおよび凹面格子の非
点収差をできるだけ簡単に補正し、またはホログラフに
よシ製造した凹面格子の場合の補正のだめの広い自由度
を得ることである。
問題点を解決するだめの手段： この目的は比較的小さいまたはスリット状表面の結像の
場合、本発明により結像すべき表面または結像した表面
へ薄膜導波路を設置することによって解決される。
作用： ツ 他の結像収差だ”とえばす、）Ｘタルコマの補正のため
には薄膜導波路の反射面が彎曲しているのが有利である
。この場合反射面を同心球面として形成すればとくに有
利である。
とくに波長マルチプレクサの場合光源の波長許容差を補
償するため反射面を互いにクサビ状に配置するのが有利
である。
本発明の有利な実施例によれば照明装置は凹面ミラーお
よび照明源を有する。このような装置によれば薄膜導波
路を介して照明源からだとえば光コアイノζへ大きい光
束を導入することができる。
他の有利な実施例によればスペクトロメータは凹面格子
を有し、薄膜導波路によって著しいエネルギー利得が達
成される。
他の有利な実施例は凹面格子を有する波長マルチプレク
サおよびデマルチプレクサであり、この場合光源の導入
および導出はたとえば光ファイｊによって行われる。
有利な実施例によれば凹面格子は公知法で異なる形にダ
イヤモンド工具で分割した少なくとも２つの領域から形
成される。この方法で大きい波長帯域にわたり良好なエ
ネルギー関係が達成される。
凹面ミラーまたは凹面格子を有する第２装置との組合せ
はとくに有利であり、その際両方の装置に対し共通の薄
膜導波路が使用される。
実施例： 次に本発明の実施例を図面により説明する。
第２図には光源たとえばキセノンランプが１１で示され
、この光源は凹面ミラー１２により反によって補正され
る。これは以下の例の場合も同様である。
薄膜導波路は前記数値例が示すように比較的薄く、した
がってその単一部材としての製造が困難なので、これは
たとえば次のとおり製造するのが有利である。支持板１
４Ｃの光学的に研摩した表面へ薄膜導波路用のガラスか
ら同様光学的に研摩した表面を有する薄いけれど取扱い
容易な板を接合または圧接する。次に接合または圧接し
た板を導波膜の所望の厚さとなるまで研摩する。この表
面へ次に場合によりカバー板１４ｄを接合または圧接す
る。
導波膜製造には最近公知になったイオン注入法またはイ
オン交換法も使用可能であシ、これによって表面の一定
の厚さだけガラスの屈折率を適当に変化することができ
る（たとえばリリエンホーフｅ、ａ、オプテイクス　コ
ミュニケーション３５　、４９（１９８０）　、Ｌｉ１
ｉｅｎｈｏｆｅ、ａ。
Ｏｐ　ｔ　ｉ　Ｃｓ　Ｃｏｒｒｍｕｎ　ｉ　ｃａ　ｔ　
ｉ　ｏｎｓ参照）。
第１図はコアのみで示す光ファイ・ζ２５を有するダイ
オ−ｒ列スベ・クトロメータを示し、光コアイノ々の端
面２５ａはスペクトロメータの入射スリットとして役立
つ。この端面へ同様導波膜のみで示す薄膜導波路２４が
設置され、この導波路は図面の平面で光ファイバ２５の
コア直径２５ａに等しい幅を有する。分散要素として凹
面格子２２が役立ち、受信器としてダイオード列２１が
使用される。凹面格子２２、ダイオード列２１および入
射スリン）２５ａまたは薄膜導波路２４の端面２４ａは
公知のようにｏ　−ランｒ円２６上にある。
薄膜導波路２４の機能を次の数値例により説明する： 凹面格子２２の半径、：２００ｍｍすなわちロー２７１
円２６の直径２００朋；凹面格子の直径８０龍；入射開
角１：２．５；入射角２８：５．１６°；凹面格子の刻
線密度１５０線／朋；波長帯域４００〜８００ｎｍ；受
信器２１のスペクトル長さ１２韮。薄膜導波路２４なし
の場合入射スリン）２５ａの平面内の点（入射スリット
が口−ランド円２６上にある場合）は受信器面２１に刻
線方向（すなわち図面の平面と垂直の方向）に０．６３
　ｍｘの寸法を有する錯乱像を生ずる。長さ２．７４朋
の５ＦＩＯからなる薄膜導波路２４によってこの値は４
．３μｍに縮少される。常用のダイオード列は刻線方向
に２５μｍの拡がシを有するので、受信器は薄膜導波路
２４によって２０倍大きい光束が得られる。分散方向に
最大３６μｍの錯乱像は薄膜導波路の厚さによって（数
学的に）たたみ込まれ、すなわち常用ダイオード列の解
像力限界内に保持される。
第３図には照明装置およびキュイツトを有する完全なダ
イオード列スペクトロメータが示される。照明装置はこ
の場合第２図のものに相当し、光源１１がキュベツト３
５の直前にある平面３４ａに結像されるだけである。平
面３４ａの前後に薄膜導波路３４が配置される。薄膜導
波路３４の平面３４ａより前（光線方向で見て）に配置
した部分によって照明部分のための結像補正が行われる
。薄膜導波路３４の平面３４ａより後方に配置した部分
によって次の凹面格子３７およびダイオード列３８から
なるスペクトロメータ部分のだめの結像補正が行われる
。このようにして１つの薄膜導波路によって２つの結像
系を補正することが達成される。この場合キュイツト３
５内でアナモルクイック照明が行われ、すなわちキュベ
ツト内で光束が図面の平面と垂直に図面の平面内より大
きい拡がりを有することは避けられない。これは多くの
使用目的には少しも欠点でない。たとえばキュイツトの
測定室が光路と交わる場合、それによって多くは問題に
ならない小さいエネルギー損失を伴うだけである。
キュくット内ですべての方向に光束の同じ拡がりを必要
としまたは有利とする場合のために第４図は照明装置の
もう１つの実施例を示す。
この場合第１凹面ミラ〜１２によって平面４４ａに結像
した光源１１の像は第２凹面ミラー１２ａによってキｘ
ｄット４５直後の平面４６ａに結像される。照明装置の
２つの結像系のため共通の薄膜導波路４４が使用される
。再び凹面格子３７および受信器３８からなる次のスペ
クトロメータ部分に対して非点収差補正のため平面４６
ａに設置した薄膜導波路４６が使用される。
キュベツト４５はこの平面の直前にあり、それゆえ光束
は点光源１１に対しキュイツト４５内で図面の平面と垂
直に図面の平面内と同じ拡がシを有する。
第５図は入射スリット５１および多数の射出スリット５
３ａ、５３ｂ、５３Ｃを有するスペクトロメータを彎曲
反射面を有する薄膜導波路の例として示す。凹面格子５
２および射出スリット５３ａ、５３ｂ、５ｃは再びロー
ランド円５６上にある。入射スリット５１はローランド
円５６上にあるのが普通である。しかし本発明により薄
膜導波路を使用する場合、薄膜導波路の端部５４ａがロ
ーランド円５６上にあシ、入射スリット５１は薄膜導波
路５４の始端５４ａの直前にある。
反射面５４Ｇおよび５４ｄは同心に彎曲しだ円面であり
、そのローランド円５６上の共通の中心点は使用したス
ペクトルのほぼ中心にあ、る。
この方法で非点収差の補正に対し付加的にサジノタルコ
マの補正が達成される。
薄膜導波路５４０機能を次に数値例により説明する。
凹面格子５２の半径２００朋すなわちローランド円５６
の直径２００；凹面格子の直径４０朋；入射開口５７：
１：５；入射角５８：２１．１°；凹面格子の刻線密度
６００線／朋；波長帯域４００〜８００ｎ１；ローラン
ド円５６上のスペクトル長さ４８朋。薄膜導波路５４な
しでは入射スリット５１の平面内の点（スリットがロー
ラ“ンド円上にあれば）はスリン）　５３ａ、５３ｂ。
５３Ｃの平面に刻線方向（すなわち図面の平面と垂直）
に５．５６　ｍｕの寸法を有する錯乱像を生ずる。長さ
４３．０９ｍｍのＰＳＫ３からなる直方体形薄膜導波路
によってこの値は９３μｍに縮小される。曲率半径７３
朋の２つの同心球面５４Ｃおよび６４ｄを有する弧長４
１．　Ｏｍｍの第５図に示す薄膜導波路５４によってさ
らに錯乱像は刻線方向に９３μｍから２，５μｍへ、分
散方向に５２μｍから７．９μｍに縮小される。薄膜導
波路の厚さは有利に入射スリットの幅と同じ、それゆえ
たとえば１０μｍに選ばれる。
ホログラフィック凹面格子の非点収差を光源点の適当な
選択によってホログラフ格子製造の際補正しうろことは
公知である。しかしこれは多くは入射方向と格子法線ま
たはスペクトルの間の角度を比較的小さくし、したがっ
てしばしば実施に不利な幾伺学的配置を生ずる。スペク
トロメータの入口スリットに導波路を使用することによ
って第６図の例に示すように非点収差補正を妨げること
なく入射スリット６１とスペクトル６３の間の角度６７
を拡大することができる。
第６図にはホログラフィック凹面格子が６２で示され、
この格子へ入射スリット６１からくる光線が格子法線に
対し１５．５°の角６５のもとに１：２．５の大きい入
射開口をもって当る。凹面格子６２で反射された光線は
波長帯域３６０〜７８０すの中心に対して格子法線と２
４°の角度６６を有し、その際平面６３内のスペクトル
は３．２間の長さを有する。それゆえ全体として反射角
６７は３９．５°になる。したがってこの角度はホログ
ラフィック格子の公知の非点収差補正の際達成される最
大２０°の反射角より著しく大きい。第６図に示す３９
．５°の反射角に対する薄膜導波路６４の効果を次の数
値例により説明する。凹面格子半径２９．０７８＋ｕｃ
；凹面格子直径１１．１ｍｍ；凹面格子の平均刻線密度
２４６．５線／朋；入射背面焦点距離２７．７７　＋ｕ
ｃ　；射出背面焦点距離２７．７７龍。長さ６．９朋の
５ＦＩＯからなる薄膜導波路６４によってスリット６１
の平面内の点に対しスペクトル平面６３内の錯乱像は図
面の平面と垂直に１．４龍から２８μｍＫ縮小される。
分散方向には最大７５μｍの錯乱像が得られる。
第７図はもう１つの実施例として光フアイバ情報伝達の
ためのデマルチプレクサを示す。このようなデマルチプ
レクサは現在しばしばコンノξクトで堅牢な形成のため
ガラスまたはプラスチックブロックからなり、これは所
要の光学構成部材を含み、まだはこれへ接合される。で
きるだけ簡雛な構成のため、普通の凹面格子を使用する
場合、光学特性は凹面格子の非点収差のため不満足であ
る。
第７図には７０でガラスまだはプラスチックブロックが
示され、その凸面７０ａに凹面格子　・７１ａが公知法
で複写され、かつこの凸面はミラ一層を備えている。分
割すべき光線はデマルチプレクサにたとえばコア７２ｂ
が５０朋の直径を有する光ファイバ７２を介して送られ
る。
光コアイノぐ７２の端部７２ａとガラスまたはプラスチ
ックブロック７０の間に薄膜導波路７４が配置され、そ
の導波膜７４ｂは図面の平面で光ファイ、Ｆのコア７２
ｂと同じ厚さ７４ａを有する。図面の平面と垂直に直方
体形導波膜７４ｂは著しく大きい拡がりを有し、この大
きさは最低値を維持すれば厳密を要しない。導波膜７４
ｂはこの場合たとえば５ＦＩＱからなシ、Ｆ２からなる
ガラス板７４ｃおよび７４ｄの間に支持される。
光コアイノぐ７２からくる光線は薄膜導波路７４を介し
て凹面格子７１ａに達し、この格子によって個々の波長
に分離され、光ファイ・ζ７５〜７９で受光される。こ
のファイ・ζはたとえば２００μｍのコア直径を有する
ので、波長の小さいずれ（たとえば送信ダイオードの許
容差による）およびデマルチプレクサの全体の構造の小
さい許容差は補償される。
次に薄膜導波路７４の効果を数値例で示すニゲラスブロ
ック７０の材料：　５ＦＩＱ　；凹面格子半径６３．５
５１朋；格子直径１７．３朋；刻線密度２４８線／ｕ；
線分散１０７．６４　ｒＴｎ　７ｍｍ；入射背面焦点距
離６２．３　ｍｕ　；射出背面焦点距離６３．５朋；入
射角７３：１１．３８°；波長帯域１７チヤネルを有す
る１１００〜１６００関。長さ２．５２間および高さ最
低０−７４　ｍｒｎの薄膜導波路７４によって刻線方向
に０．６９　ｍｍの拡がりを有する錯乱像は１３μｍに
縮小される。それによって３．７倍の光束が射出光ファ
イバへ達する。
有利な実施例によれば凹面格子７１ａは公知法（たとえ
ばＭ、ｃ、ハツトレイ、デイフラク７ヨン　クレーテイ
ングズ、ロンドン１９８２．Ｍ。
ｃ、Ｈｕｔｌｅｙ、　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏ　Ｇｒａｔ
ｉｎｇｓ参照）で種々の形のダイヤモンＰの工具で分割
した３つの隣接帯域からなるので、凹面格子の彎曲によ
って生ずるブレーズ波長の変化は１／３に縮／Ｊ％され
る。
最後の例として第８図はマルチプレクサを示す。この場
合他の実施方式により凹面格子８１ａは別個の部材８１
に複写され、この部材とともにガラスまたはプラスチッ
クブロック８０に接合される。凹面格子は入射光ファイ
・ζ８５〜８９からくる種々の波長帯域のすべての光線
を射出ファイバ８２へ結像する。ガラスまたはプラスチ
ックブロック８０と射出光ファイ・ζ８２の間に薄膜導
波路８４が配置される。この導波路は直方体形の形成で
すでに凹面格子の結像特性を著しく改善する。第８図に
示す実施例で薄膜導波路８４ｂの反射面８４ｅおよび８
４ｆは互いにクサビ形に形成され、薄膜導波路８４ｂの
端部におけるこの面の距離８４ａは射出光ファイバ８２
のコア直径８２ａに等しい。反射面のこのクサビ形形成
によってすべての光学部材の寸法の許容差が吸収される
だけでなく、入射光ファイ・ζによって送る個々の光線
の波長帯域における許容差も射出光ファイバのコア直径
を常用または有利な寸法へ拡大することなく補償される
。
次にこの実施例の薄膜導波路の効果を数値例で示す。
ガラスブロック８０の材料５ＦＩＯ；凹面格子半径−入
射背面焦点距離５０．８４５＋＋＋ｍ；格子直径９、５
５　ｍｍ　；刻線密度１８３．１３線／　ｍｕ　；線分
散１８２．２ｎｍ　７　ｍｕ　；射出背面焦点距離５０
．３０２ｍｍ；射出角８３：８．３８°：波長帯域：１
７チヤネルを有する１１００〜１６００ｎｍ；入射光フ
ァイ・このコア直径１０μｍ０長さ１．０９１ｍｍ、最
低高さ０．２５　ｙｎｎの５ＦＩＯからなる直方体形薄
膜導波路によって刻線方向に錯乱像は０．２　ｍｖｔか
ら０．６μｍに縮小される。それによって４倍の大きさ
の光束が射出光ファイバ々へ達する。ファイノ々側８４
ａの幅５０μｍ、格子側８４ｇの幅１００μｍの薄膜導
波路８４の円錐形の形成によってチャネル当りの波長許
容差は６．８ｎｍから１５．９ｎｍへ増大する。
【図面の簡単な説明】
第１図は入射スリットとして光ファイ・ζを有するダイ
オ−１列スペクトロメータ、第２図は光源を光ファイバ
へ結像する照明装置、第３図は照明装置およびキュラッ
トを有するダイオ−１列スペクトロメータ、第４図は異
なる照明装置を有するダイオ−Ｐスにクトロメータ、第
５図は多数の射出スリットを有するスペクトロメータ、
第６図はホログラフィック凹面格子を有するスペクトロ
メータ、第７図は波長デマルチプレクサ、第８図は波長
マルチプレクサのそれぞれ光路図である。 １１・・・光源、１２・・・凹面ミラー、１４，２４゜
３４．４４，４６，５４，７４．８４・・・薄膜導波路
、５４ｃ、５４ｄ、８４ｅ、８４ｆ−・・反射面、１５
ａ２２５ａ、５１，６１．７２ａ、８２ａ・・・表面、
２２，３７゜５２　、６２　、７１　ａ　、　８１　ａ
−・・凹面格子、１４ｂ、７４ｂ・・・導波膜、１５ｂ
、２５，７２ｂ・・・コアＦｉｇ、　１ Ｆｉｇ、４ ４４．４６・薄膜導波路

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、比較的小さいまたはスリット状の表面を結像するた
    めの凹面ミラーまたは凹面格子を有する光学装置におい
    て、結像すべき表面（２５ａ、５１、６１、７２ａ）ま
    たは結像した表面（１５ａ、８２ａ）へ薄膜導波路（１
    ４、２４、４４、７４、８４）を配置してあることを特
    徴とする凹面ミラーまたは凹面格子を有する光学装置。 ２、薄膜導波路（５４）の反射面（５４ｃ、５４ｄ）が
    彎曲している特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３、薄膜導波路（５４）の反射面（５４ｃ、５４ｄ）が
    同心球面である特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４、薄膜導波路（８４）の反射面（８４ｅ、８４ｆ）が
    互いにクサビ形である特許請求の範囲第１項記載の装置
    。 ５、照明装置が凹面ミラー（１２）および光源（１１）
    によつて形成されている特許請求の範囲第１項から第４
    項までのいずれか１項に記載の装置。 ６、凹面格子（２２、３７、５２、６２）を有するスペ
    クトロメータとして形成されている特許請求の範囲第１
    項から第３項までのいずれか１項に記載の装置。 ７、凹面格子（７１ａ、８１ａ）を有する波長マルチプ
    レクサとしてまたはデマルチプレクサとして形成されて
    いる特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１
    項記載の装置。 ８、凹面格子（２２、７１ａ）が異なる形のダイヤモン
    ド工具で分割した少なくとも２つの帯域から形成されて
    いる特許請求の範囲第６項または第７項記載の装置。 ９、凹面ミラーまたは凹面格子を有する第２の配置が接
    続され、両装置のため共通の薄膜導波路（３４、４４）
    を備えている特許請求の範囲第１項から第６項までのい
    ずれか１項に記載の装置。 １０、導波膜（１４ｂ、２４、７４ｂ）の屈折率と設置
    した光ファイバのコア（１５ｂ、２５、７２ｂ）の屈折
    率が少なくともほぼ等しい特許請求の範囲第１項から第
    ９項までのいずれか１項に記載の装置。
JP60285923A 1984-12-21 1985-12-20 凹面ミラーまたは凹面格子を有する光学装置 Pending JPS61156004A (ja)

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