Широкосмуговий інтерференційний фільтр

Широкосмуговий інтерференційний фільтр, переважно для лазерів, що складається із прозорої в робочій області спектра підкладинки і інтерференційної системи, яка утворена періодичним повторенням структури АВСВА, в якій А, В і С - шари із матеріалів з показниками залом 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 рівнем відбивання на робочій частоті vo (довжина хвилі Ло = 1/vo) та другій и гармониці 2vo (довжина хвилі k-z = 1/2vo = Ло/2)при високому рівні пропускання в частотному діапазоні від (2 + e)vo до (6 - e)vo, де є < 0,3 Розробка багатошарових оптичних систем з даними параметрами дозволить успішно розв'язувати задачу по створенню рідинних та твердотільних лазерів з повздовжньою накачкою, захисних інтерференційних фільтрів для захисту органів зору від впливу потужного випромінювання в інфрачервоній області спектру і прозорих в видимій області спектру Відомо [Macleod H A Thin-Film Optical Filters Bristol, Adam Hilger Ltd , 1986], що чвертьхвильові періодичні двохкомпонентні багатошарові інтерференційні системи, які утворені багаторазовим повторенням періодів (АВ) або (0,5АВ0,5А), де А і В шари із матеріалів з показниками заломлення пд і пв ВІДПОВІДНО та оптичними товщинами рівними чверті деякої фіксованої довжини хвилі Ло (оптична товщина шару 0,5А дорівнює 0,5 * (Ло/4) = Ло/8), характеризуються спектральними залежностями пропускання, в яких на довжинах хвиль Л близьких непарним цілим значенням відношення Ло/Л = 1 , 3 , лення пд, ПВ І ПС, ВІДПОВІДНО, а оптична товщина структури АВСВА дорівнює 0,5A,Q , де XQ фіксована довжина хвилі, який відрізняється тим, що оптичні товщини шарів А і В дорівнюють 0,0625Я-о, оптична товщина шару С дорівнює 0,25Я-о, а показники заломлення пд, пв і пс ВІДПОВІДНО, шарів А, В і С задовольняють співвідношення у = -0,29951+1,3604х - 0,21564х2 + Пд/Пв 0,15745х° У = 5, спостерігаються так звані "смуги високого відбивання" або "стоп-смуги", а на довжинах хвиль Л близьких парним цілим значенням відношення Ло/Л=2, 4, 6, спостерігаються так звані "смуги високого пропускання" або "смуги прозорості" При цьому ВІДПОВІДНІ ЦІЛІ значення відношення Л / оА називають порядком відповідної смуги На фіг 1 приведена типова спектральна характеристика такої оптичної системи, а саме спектральна залежність коефіцієнта пропускання Т від нормованої довжини хвилі Ло/Л системи S(0,5AB0,5A) °, де S підкладинка із оптичного скла з показником заломлення ns = 1,52, А і В - шари із матеріалів з показниками заломлення я] пд = 1,45 і пв = 2,4, 10 - кількість повторень періоду (0,5АВ0,5А) в системі, підкладинка і шари не поглинають випромінювання в усьому спектральному інтервалі, із фіг 1 видно, що на довжинах хвиль Л близьких непарним цілим значенням відношення Ло/Л = 1, 3, 5, 7, спостерігаються смуги високого відбивання або стонсмуги, в яких коефіцієнт пропускання Т близький до нуля, а коефіцієнт відбивання R = (1 - Т) близький до одиниці, на довжинах хвиль Л близьких парним цілим значенням відношення Ло/Л = 2, 4, 6, 8 спостерігаються смуги високого пропускання або смуги прозорості, в яких коефіцієнт пропускання Т = 0,9 - 0,98, а коефіцієнт відбивання R = (1 - Т) < 0,02-0,1 Недоліком таких інтерференційних систем г неможливість отримання смуг прозорості на непарних порядках (Ло/Л = 1, 3, 5, ), а також одразу на ю СО 49735 двох сусідніх порядках, тобто коли смуга прозорості охоплює одразу парне і непарне ЦІЛІ значення відношення Ао/А 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, із m m структурою S(AB) або S(0,5AB0,5A) , де S - підкладинка, А і В - шари із матеріалів з показниками m заломлення пв і ид ВІДПОВІДНО, - число, що вказує на КІЛЬКІСТЬ періодів (АВ) або (0,5АВ0,5А), принципово неможливо досягти подавления смуг високого відбивання одразу двох порядків, тобто досягти високого пропускання одразу на двох сусідніх гармоніках робочої частоти vo, наприклад на частотах 2vo і 3vo або на частотах 3vo і 4vo і т д Відомо [М П Лисица, С В Орлов, Ю А Первак, И В Фекешгази Многослойные покрытия с подавлением двух соседних зон высокого отражения Журнал прикладной спектроскопии, 1987, том 47, № 2, стр 283 - 285), що досягти подавления смуг високого відбивання одразу двох порядків, тобто досягти високого пропускання одразу на двох сусідніх гармоніках робочої частоти vo, наприклад на частотах 2vo і 3vo можна за допомогою багатошарових інтерференційних систем, які мають структуру S(ABCBA)10, де S - підкладинка з показником заломлення ns, а А, В і С - шари оптичною товщиною 0,1 Ао із матеріалів з показниками заломлення ВІДПОВІДНО ГІД, ПВ, І ПС, ЯКІ ПОВИННІ за довольняти співвідношенням у = (1 + х)(1 + х2) / 4х - {[(1 + х)(1 + х2) / 4х] 2 х} при х 1, ДЄХ= ПВ/Пс, У= Пд/Пв Спектральна характеристика такої багатошарової інтерференційної системи при конкретно вибраних значеннях показників заломлення підкладинки і шарів А, В, С, задовольняючих умові у = (1 + х)(1 + х2) / 4х - {[(1 + х)(1 + х2) / 4х]2 1/2 л х} при х 96%), яка охоплює одразу три сусідні гармоніки робочої частоти (довжина хвилі на частоті третьої гармоніки 707нм, на частоті четвертої гармоніки дорівнює 530нм, на частоті п'ятої гармоніки 424нм, тобто потрапляють в діапазон 370 990нм), збереженням високого відбивання на частоті першої гармоніки (довжина хвилі Ао = 2120нм, коефіцієнти відбивання R > 99% в спектральній області 1940 - 2400нм) і досягненням високого відбивання на частотах другої гармоніки Коефіцієнти відбивання R > 98% в спектральній області 1030 - 1080нм (довжина хвилі на частоті другої гармоніки потрапляє в цей інтервал і дорівнює ЮбОнм) Розроблений інтерференційний фільтр з високим відбиванням на першій і другій гармониках робочої частоти лазерного випромінювання і прозорий в спектральній області від Ао/2,14 до Ао/5,8 з центром на довжині хвилі Ао/4 (частоті четвертої гармоніки vo) може бути використаний як дзеркало резонатора рідинного чи твердотільного лазера з повздовжньою накачкою, чи параметричного генератора або як фільтр, прозорий в видимій області спектру і практично повністю відбиваючий випромінювання в спектральних областях від Ао/1,097 до А0/0,88та від А0/2,06 до Ао/1,96 , які при Ао = 2120нм відповідають діапазонам 1940 - 2400нм та 1030 1080нм Такий фільтр може бути використаний для захисту органів зору від впливу інфрачервоного випромінювання 1940 - 2400нмта 1030 - 1080нм (наприклад, довжина хвилі "неодимового" лазера дорівнює ЮбОнм) Техніко-економічною перевагою технічного рішення в порівнянні з прототипом є можливість досягнення високого відбивання як на основній частоті, так і на її другій гармониці При цьому технологічні витрати на виготовлення запропонованих інтерференційних фільтрів і прототипу практично ідентичні Фп 2 Фіг] 10 49735 (АВСВА)" >іг Я Фіг 4 1,0 од од ХІХ 46811 1 0 0 0 1 і0 6 02 0 0 J Фіг 6 Фіг 5 1,0 о,е "Гї г 0,60,40,20,0 3 4 XIX Фн 7 5 6 7