JPS6388506A

JPS6388506A - 多層部分反射膜

Info

Publication number: JPS6388506A
Application number: JP23370886A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Iwamoto; 博実岩本
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1986-10-01
Filing date: 1986-10-01
Publication date: 1988-04-19
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: JPH0782126B2

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多層部分反射膜に関するものであり、更に詳し
くは主にレーザ用光学部品として使用される部分反射鏡
に用いられる多層部分反射膜に関するものである。

従来の技術究が盛んに行なわれてきた。特にレーザ発振器等に用い
られる部分反射鏡（出力鏡ともいう）と称せられるもの
は、レーザ発振波長において共振器の設計に応じた適当
な反射率（または透過率）を有し、レーザ光量の出力を
調節する機能を有している。この部分反射鏡は、一般に
光学基板の両面に誘電体多層膜を被覆して作製されるも
のであり、その構成は出力側の基板面に反射防止膜が、
共振器側の基板面には所望する反射率を有する部分反射
膜が被覆されたものとなっている。

このような部分反射膜としては従来より誘電体交互多層
膜が用いられており、これは屈折率の異なる２種類の薄
膜、すなわち、低屈折＊層および高屈折率層をそれぞれ
λ／４（λ；レーザ発振波長）の光学厚さで交互積層し
たものを基本構造として有し、その構成層数を適当に決
定した時、その構成層のうちの適当な一層（最上層また
は最下層の場合が多い）の層厚を調節することにより目
的とする反射率を得るようにしたものである。

第２図に従来の多層部分反射膜構造の１例の概略図を示
す。これは、基板上に最下層を層厚調節層とし、その他
をλ／４交互多層膜として積層した多層部分反射膜の１
例である。

発明が解決しようとする問題点以上述べたように、レーザ光学部品、特に部分反射鏡に
用いられる多層部分反射膜に関して広範な研究が行なわ
れ、その１例゛として特に第２図に示されるような構成
の多層部分反射膜が提案されてきた。

しかしながら、分光透過スペクトル特性においては、こ
のような多層部分反射膜は使用波長でのみ所望の反射率
を満足するものであり、必ずしもその波長において透過
率が極値となっているとは限らないため、実際の光学膜
製造時において膜厚制御が不十分であるとその透過率は
所望値から外れ、目的値を満足しない結果になりかねな
い。更に、このような部分反射膜はレーザ発振波長の変
動に対して、その分光特性からみて透過率安定性に欠け
るという欠点を有していた。

このような問題点は、上記多層部分反射膜構造が完全な
λ／４交互多層膜となっておらず、目標反射率を満足さ
せるため、適当な一層を調整層として選び、その光学厚
さをλ／４と異なる値に設定していることに起因すると
考えられる。

そこで、本発明の目的は、上記のような欠点のない、使
用波長において所望の反射率を有し、かつ分光透過スペ
クトルが使用波長において極値となるような多層部分反
射膜を提供するものである。

問題点を解決するための手段本発明者等は、従来の多層部分反射膜における上記の如
き諸欠点を解決すべく種々検討、研究を重ねた結果、従
来の多Ｎ部分反射膜における低屈折率層を等価な屈折率
を有し且つ３膜からなる等価屈折率層でおきかえ、等偏
屈折率を任意に調節しながら、λ／４交互多層膜の構成
をとることが本発明の目的達成に有利であることを見出
し本発明を完成した。

ずなわら、本発明の多層部分反射膜は、屈折率ｎＳの基
板−トに、各々、使用波長λに対してλ／４の光学厚さ
で交互に積層された少な（とも１層の低屈折率層と屈折
率ｎ□の高屈折率層より構成された多層部分反射膜であ
って、上記低屈折率層の各々が、屈折率ｎＬの低屈折率
膜から成る中間膜と、該中間膜を挟む２層の調整膜から
構成されていることを特徴とする。

本発明の部分反射膜の反射率Ｒは、基板の屈折率ｎｓ、
等価屈折率層および高屈折率層の屈折率ｎｘ　％　ｎｏ
を用いて下記一般式（Ｉ）、（ＩＩ）によって決定され
る。すなわち、ｎｓ　−１ｎｘ　ｓ　ｎＨとの間に、全層数Ｎが偶数であるとき、全層数Ｎが奇数であるとき、の関係式が成立する。

従って、所望の反射率Ｒに対し、上記等価屈折率層の屈
折率ｎｘ　は上記一般式（１）または（ＩＩ）により導
かれる。

ただし、層数Ｎは必ずしも一義的に決定されるものでは
なく、薄膜形成における難易性または膜の光学特性等に
より最適数を決定するものである。

一方、低屈折率層は対称３層膜であることが好ましく、
低屈折率層を構成するこれらの中間層の膜厚ｃｉ２およ
び２層の調整層の膜厚ｄ６は、それぞれ、次式；により決定される。

またこのようなレーザ部品、特にレーザ発振器の部分反
射鏡に要求される反射率は共振器の設計性Ｅ策にもよる
が通常５０％〜９０％の範囲内にあり、このような反射
率を得るため下記のような構成が考えられる。

すなわち、上記高屈折率層としては、主に通常Ｚｎ５ｅ
　（ｎｏ　−２，４０）　、２ｎＳ　（ｎｏ　＝２．１
９）　、ＡＳ２Ｓ３（ｎｌ（−２，３８）またはＣｄＴ
ｅ　（ｎｏ　＝２．６９）等から成る膜が使用され、等
価屈折率層を構成する低屈折率膜としては、ＴｈＦ４（
ｎｔ　＝１．３５）　、ＰｂＦ２（ｎｔ−１゜；、１５
）　、ＳｒＦ２　（ｎｔ　＝１．３６）またはＢａ　Ｆ
　２（ｎｔ、　＝１．４１）等から成る膜が使用される
。それぞれの層の屈折率としては目標反射率の特定の値
に対し、層数等地の条件にもよるが、２．１９≦ｎイ≦
２．６９．１．３５≦ｎｕ　≦１６５５のものが一般に
使用される。また、等価屈折率層の屈折率ｎｘはｎＳ≦
ｎＸ　≦ｎＨの範囲の値が可能である。

同様の考え方から上記多層膜を支持する基板としてはＺ
ｎ５ｅＳＧａＡｓ、　ＣｄＴｅまたは６ｅ等が目的に応
じて使用される。

本発明の多層部分反射膜は、使用波長における薄膜及び
基板の屈折率が明確にわかっていれば、その波長におい
ては本発明の目的を達成することが可能であるが、赤外
のみならず、可視域に及ぶ広範囲な光学膜の対象波長域
でこの多層お分反射膜に上記分光特性をもたせることが
可能なため、種々のレーザ発振器の部分反射膜に応用す
ることが出来る。例えば、ＣＯ２レーザ、ＣＯレーザま
たはＹＡＧレーザ等に応用できる。

作用かくして、本発明の多層部分反射膜は、屈折率Ｔ１ｘを
有する等価屈折率層と屈折率ｎ。を有する高屈折率層を
λ／４の光学早さで交互に積層した構成を有することを
特徴としている。

このような構成により、上記多層部分反射膜の反射率Ｒ
は、上記式（１）または（ＩＩ）で与えられるように屈
折率ｎｘ　ＳｎＨＳｎＳおよび層数Ｎで決定される値を
とり、分光透過スペクトルにおいては透過率が極１直と
なり使用波長付近での波長依存性は極めて小さくなる。

すなわち、低屈折率膜を中間層として、その両側を２層
の調整膜にて挟んだ等偏屈折率ｎｘを有する３層の等価
屈折率層を用いることにより、所望の反射率がいかなる
値に設定されようとも、層数Ｎを選び、等偏屈折率ｎｘ
を設定することにより、所望値に一致させることができ
る。

また、本発明の反射膜は従来の多層部分反射膜における
λ／４膜でない調節層を設けることのない完全なるλ／
４交互多層膜構造であるため、使用波長近傍における透
過スペクトルの安定性が良好である。

実施例以下、実施例により本発明の方法を更に具体的に説明す
るが、本発明の範囲は以下の実施例により同等制限され
ない。

実施例第１図は、本発明の部分反射膜の概略縦断面図である。

第１図に図示する本実施例の部分反射膜は、等価屈折率
層Ｘと高屈折率層１１とが基（反側より光ツー７さλ／
４で交互に積層した構造となっている。

基板は屈折率ｎｓ　＝２．４０のセレン化亜鉛（ＺｎＳ
ｅ）で形成されている。等価屈折率層Ｘは、四フッ化ト
リウム（ＴｈＦ４）　（ｎｔ　＝　１．３５）の中間膜
と、その両側の１ｎＳｅ　（ｎａ＝　２．４０）のｍ整
膜とから構成されている。一方、高屈折率層は、７ｎＳ
ｅ　（ｎ□−２，４０）から形成されている。

このような構造の部分反射膜において、所定の反射率を
有するように、等価屈折率層および高屈折率層の合計層
数Ｎと等偏屈折率ｎｘを決定し、さらに等価屈折率層を
形成する低屈折率膜および調整膜の厚さを波長λ−１０
，６μｍに対して決定し、第１表に示す。

第１表層数２．４および６の部分反射膜の中より、反射率が４
０％、７０％および９０％の場合を選びミその分光透過
スペクトルを従来の多層部分反射膜と比較して第３〜５
図に示した。

なお、基板の他面側の反射防止膜はシニスタ−（Ｓｈｕ
ｓｔｅｒ）の条件式を使った（Ｔｈ　Ｆ　４　／　２ｎ
Ｓｅ　）系２層膜構造を採用した。

第３〜５図のいずれの分光透過スペクトルにおいても、
ＣＯ。レーザの発振波長１０．６μｍにおいては本発明
の部分反射膜は、所望する反射率、即ち４０％、７０％
および９０％の値で極値を示し、この波長で極値をとら
ない従来の部分反射膜に比べ安定であることが示された
。

また第６図には本発明の多層部分反射膜を使用したＣ０
２　レーザ用７０％部分反射鏡の赤外透過スペクトルを
示す。上記同様Ｃ０２レーザの発振波長１０．６μｍに
おいて、所望する反射率７０％の値にてこの部分反射鏡
は赤外透過スペクトルの極値をとることがわかった。

発明の効果以上詳しく説明したように、本発明の多層部分反射膜は
低屈折率層としてλ／４等価３層膜を利用またλ／４交
互多層膜構造であるため、分光透過スペクトルにおける
使用波長で透過率の極値を示し、優れた分光特性を示ず
つまた本発明の多層部分反射膜は使用波長での薄膜材料
および基板材料の屈折率がわかっていれば、その波長に
おいて所望反射率を有し、かつ分光透過スペクトルでへ
簀をとりうろことが可能である。また、赤外だけでなく
可視域に及ぶ広範囲な対象波長域で本発明の多層部分反
射膜に従って得られる分光特性上の特徴を有することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の多層部分反射膜の一つの例を示す模
式断面図であり、第２図は、公知の多層部分反射膜を示す模式断面図であ
り、第３図は、本発明および公知の４０％部分反射膜の分光
透過スペクトルであり、第４図は、本発明および公知の７０％部分反射膜の分光
透過スペクトルであり、第５図は、本発明および公知の９０％部分反射膜の分光
透過スペクトルであり、第６図は、本発明の多層部分反射膜を用いて作製された
Ｃ　Ｏ２レーデ用７０％部分反射鏡の赤外透過率スペク
トルである。（主な参照番号）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）屈折率ｎ＿Ｓの基板上に、各々、使用波長λに対
してλ／４の光学厚さで交互に積層された少なくとも１
層の低屈折率層と屈折率ｎ＿Ｈの高屈折率層より構成さ
れた多層部分反射膜であって、上記低屈折率層の各々が
、屈折率ｎ＿Ｌの低屈折率膜から成る中間膜と、該中間
膜を挟む２層の調整膜から構成されていることを特徴と
する上記多層部分反射膜。
（２）上記低屈折率層と上記高屈折率層との全層数Ｎが
偶数である時、所望の反射率Ｒに対し、上記低屈折率層
が一般式（ I ）；Ｒ＝（［ｎ＿Ｘ＾Ｎ−ｎ＿Ｓ　ｎ＿Ｈ＾Ｎ］／ｎ＿Ｘ＾
Ｎ＋ｎ＿Ｓ　ｎ＿Ｈ＾Ｎ］）＾２（ I ）から求められ
る等価屈折率ｎ＿Ｘを有することを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載の多層部分反射膜。
（３）全層数Ｎが奇数であるとき、所望の反射率Ｒに対
し、上記低屈折率層が一般式（II）；Ｒ＝（［ｎ＿Ｘ＾Ｎ＾＋＾１−ｎ＿Ｓ　ｎ＿Ｈ＾Ｎ＾−
＾１］／ｎ＿Ｘ＾Ｎ＾＋＾１＋ｎ＿Ｓ　ｎ＿Ｈ＾Ｎ＾−
＾１］）＾２（II）から求められる等価屈折率ｎ＿Ｘを
有することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
多層部分反射膜。
（４）上記低屈折率層が対称３層膜であることを特徴と
する特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に記載の
多層部分反射膜。
（５）上記低屈折率層を構成する中間層の膜厚ｄ＿ｌお
よび２層の調整層の膜厚ｄ＿ａがそれぞれ、次式；ｄ＿
ｌ＝［λ／（２πｎ＿Ｌ）］・ｓｉｎ＾−＾１（ｎ＿Ｌ
）／（ｎ＿Ｘ）｛［（ｎ＿Ｈ＾２−ｎ＿Ｘ＾２）／（ｎ
＿Ｈ＾２−ｎ＿Ｌ＾２）］｝（III）および、ｄ＿ａ＝λ／（４πｎ＿Ｈ）｛（π／２）−ｓｉｎ＾−
＾１［（ｎ＿Ｌ）／（ｎ＿Ｘ）］［（ｎ＿Ｈ＾２−ｎ＿
Ｘ＾２）／（ｎ＿Ｈ＾２−ｎ＿Ｌ＾２）］｝（IV）によ
り決定されることを特徴とする特許請求の範囲第１〜４
項のいずれか１項に記載の多層部分反射膜。
（６）上記高屈折率層の屈折率と低屈折率層の上記調整
膜とが同一の材料で形成されていることを特徴とする特
許請求の範囲第１〜５項のいずれか１項に記載の多層部
分反射膜。