Інтерференційний фільтр

Інтерференційний фільтр, переважно для лазерів, який складається із підкладки, прозорої в робочій області спектра, і інтерференційної систе ми, яка утворюється періодичним повторенням структури АВСВА, в якій А, В і С позначають шари із матеріалів з показниками заломлення пд, пв і пс ВІДПОВІДНО, а оптична товщина структури АВСВА дорівнює 0,5А0, шару С - 0,1Л0, де Ло - фіксована довжина хвилі, який відрізняється тим, що оптичні товщини шарів А дорівнюють 0,05А0, шарів В - 0,15Л0, а показники заломлення пд, пв і пс ВІДПОВІДНО шарів А, В і С задовольняють співвідношенню у = -0,08796+1,16933Х0,10692х2+0,03113х3, д е х = nB/nc, у = nA/nB Технічне рішення, що пропонується, відноситься до пристроїв оптичного приладобудування, які використовуються для селективного відбивання і пропускання світла, і може бути використано як інтерференційний фільтр з широкою смугою прозорості або дзеркало резонатора лазера чи параметричного генератора з високим Ці системи складаються з прозорої в робочій спектральній області спектру підкладки S, на яку наноситься інтерференційне покриття, утворене періодичним повторенням m разів шарів В та Н із матеріалів з високим (пв) і низьким (пн) показниками заломлення (Авт Свид СССР № 1318074) Оптичні товщини шарів з високим показником залом рівнем відбивання на робочій частоті v o (довжина лення дорівнюють 0,2 о, а шарів з низьким показ V v хвилі о = 1/ o ) та третій (3 0) й гармоніці при високому рівні пропускання в частотному діапазоні від (3 + є ) v o до (7 - є ) v o , де 0< є < 0,3 Розробка багатошарових оптичних систем з даними параметрами дозволить успішно розв'язувати задачу по створенню рідинних та твердотільних лазерів з повздовжньою накачкою ВІДОМІ багатошарові інтерференційні системи, що забезпечують високий рівень відбивання на робочій частоті v o (довжина хвилі о = 1/Vo )_ а також на частотах другої 2 v o (довжина хвилі v v l/2 o ), третьої 3 o (довжина хвилі ^ v 2= v = І/З o ), 3 v четвертої 4 o (довжина хвилі ^ 4 = 1/4 0 ) і шостої 6vo (довжина хвилі ^ є = І/б v o ) гармонік, при збереженні прозорості в частотному діапазоні від (4+ є ) v o до (6 є v ) v o , де є < 0,5, що охоплює п'яту гармоніку 5 o (Авт Свид СССР № 1318074) ником заломлення дорівнюють 0,3 о, або ж на впаки, де о . довжина хвилі, що відповідає частоті першої гармоніки КІЛЬКІСТЬ шарів в інтерференційному покритті може бути як парною 2 т так і непарною (2т+1) Скорочені записи структур таких систем мають вигляд S(BH)m, S(BH)mB, S(HB)m S(HB)m, де S позначена підкладка, ВІНшари із плівкоугворюючих матеріалів з показниками заломлення пв і пн ВІДПОВІДНО, m - число, що вказує на КІЛЬКІСТЬ періодів (ВН), тобто скільки разів в структурі інтерференційного покриття повторюються шари В і Н Недоліком таких багатошарових структур є порівняно високий рівень (5-15%) осциляцій коефіцієнта пропускання в області прозорості на частоті п'ятої гармоніки Відомо, ЩО ДЛЯ підвищення середнього рівня прозорості (до значень більше 90%) і зменшення рівня осциляцій коефіцієнта пропускання на частоті п'ятої гармоніки інтерференційне багатошарове покриття узгоджують з обмежуючими його оптичними середовищами шляхом додавання до інтер 00 00 00 ю 58889 ференційного покриття з обох боків одного або двох шарів із тих же самих оптичних матеріалів (Авт Свид СССР №1473561, Авт Свид СССР № 1477123, Авт Свид СССР № 1477124) Структура таких узгоджених систем має вигляд ЗНоі(ВозНо2)тВозНоі5 (Авт Свид СССР № 1473561), ЗВоі(НозВо2)тНозВоіНоо5 (Авт Свид СССР № 1477124), SHo2(BO2Ho3)mBo2Ho is (Авт Свид СССР № 1477124), де S, В і Н позначають, як і раніше підкладку і шари із плівкоутворюючих матеріалів В і Н з показниками заломлення пв і пн ВІДПОВІДНО, а індекси знизу вказують значення оптичної товщини шарів В і Н в одиницях довжини хвилі *о Недоліком всіх вищенаведених оптичних систем є до певної міри недостатньо широка смуга прозорості на частоті п'ятої гармоніки Наприклад, якщо першій гармоніці відповідає довжина хвилі о = 2,65 мкм, то смуга прозорості потрапляє в спектральну область від 460 до 640 нм Окрім того, відомо (Ю А Первак, И В Фекешгази Оптические свойства неравнотолщинных многослойных покрытий с симметричными периодами Квантовая єлектроника (Киев), 1994, вып 46, стр 8-11), що за допомогою двохкомпонентних періодичних багатошарових систем, період яких складається з шарів всього двох різних матеріалів, принципово неможливо досягти високого пропускання одразу на двох сусідніх гармоніках робочої частоти v v o, v наприклад на частотах 2 o і 3 o або на частотах 3vo ,4vo і т д Як прототип вибрано багатошарову інтерференційну систему, яка має структуру S(ABCBA)10 (Alfred Thelen Multilayer Filters with Wide Transmittance Bands, II Journal of the Optical Society of America, 1973, v 63, N I, pp 65-68) де S - підкладка з показником заломлення ns, а А, В і С - шари оптичною товщиною 0,1 ° із плівкоутворюючих матеріалів з показниками заломлення ВІДПОВІДНО, ГІД, пв і пс, які повинні задовольняти співвідношенням У=(1+х)(1+х2)/4х-{[(1+х)(1+х2)/4х]2-х}1/2 п р и х 1, ДЄ X = ПВ/Пс, У = Пд/Пв Спектральна характеристика такої багатошарової інтерференційної системи при конкретно вибраних значеннях показників заломлення підкладки і шарів А, В, С, задовольняючих умові у=(1+х)(і+х2)/4х-{[(1+х)(1+х2)/4х]-х}|/2 при х 96%), яка охоплює одразу три сусідні гармоніки робочої частоти (довжина хвилі на частоті четвертої гармоніки дорівнює 625 нм, на частоті п'ятої гармоніки - 500 нм, на частоті шостої гармоніки 417 нм, тобто потрапляють в діапазон 380-770 нм), збереженням високого відбивання на частоті першої гармоніки (довжина хвилі ° = 2500 нм, коефіцієнти відбивання R>98% в спектральній області 23972690 нм) і досягненням високого відбивання на частоті третьої гармоніки Коефіцієнти відбивання R>99% в спектральній області 795-860 нм (довжина хвилі на частоті третьої гармоніки потрапляє в цей інтервал і дорівнює 833 нм) Розроблений інтерференційний фільтр з високим відбиванням на першій і третій гармоніках робочої частоти лазерного випромінювання і прозорий в спектральній області від °/3,25 до °/6,6 з центром на довжині хвилі °/5 (частоті п'ятої гармоніки VQ ) може бути використаний як дзеркало резонатора рідинного чи твердотільного лазера з повздовжною накачкою, чи параметричного генератора або як фільтр, прозорий в видимій області спектру і практично повністю відбиваючий випромінювання в спектральних областях від ° /1,04 до Я для шарів А та 0,15 ° для шару В, а також від оптичних товщин шарів А, В і С для прототипу, які дорівнюють 0,1 ° При цьому показники заломлення шарів А, В і С дорівнюють пд = 1,45, пв = 1,86 і пс = 2,4, ВІДПОВІДНО Показник заломлення підкладки ns= 1,45 Порівнюючи спектральні характеристики на фіг 5 і на фіг 3 бачимо, що зміна оптичних товщин шарів В і С приводить до появи в спектрі пропускання фільтра смуг високого відбивання на частотах четвертої ^0/^=4) і п'ятої °, °/0,93 та від *о/3,14 до Я °/2,9 , які при Я ° = 2500 нм відповідають діапазонам 2397-2690 нм та 795-860 нм Техніко-економічною перевагою технічного рішення в порівнянні з прототипом, для якого область прозорості в видимому діапазоні спектру не перевищує 200 нм, є розширення більше ніж в два рази області прозорості Це дозволяє значно знизити інтенсивність випромінювання накачки, потрібної для досягнення порогу генерації лазерів чи параметричних генераторів, а ВІДПОВІДНО, збільшити ефективність і рівномірність по спектру 7 58889 накачки лазерів, збільшити коефіцієнт корисної дії і економічність вже відомих лазерів або досягти порогу генерації в лазерах з новими типами актив Комп'ютерна верстка М Клюкш 8 них середовищ При цьому технологічні витрати на виготовлення запропонованих інтерференційних фільтрів і прототипу практично ідентичні Підписано до друку 05 09 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна