Смуговий інтерференційний фільтр

Смуговий інтерференційний фільтр, переважно для лазерів, що складається із прозорої в робочій області спектра підкладинки і інтерференційної системи, яка утворюється періодичним повторенням структури АВСВА, де А, 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 Л = 1/vo), другій и гармониці 2vo о (довжина хвилі k-z = 1/2vo = Ао/2), третій и гармониці 3vo (довжина хвилі Лз = 1/3vo = Ао/3) та четвертій й гармониці 4vo (довжина хвилі Л4 = 1/4vo = Ао/4) при високому рівні пропускання в частотному діапазоні від (4 + e)vo до (8 - 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 гід і пв ВІДПОВІДНО та оптичними товщинами рівними чверті деякої фіксованої довжини хвилі А (оптична товщина о шару 0,5А дорівнює 0,5 * (Ао/4) = Ао/8), В і С - шари із матеріалів з показниками заломлення, ВІДПОВІДНО, ГІД, пв І пс а оптична товщина структури АВСВА дорівнює 0,5Я,о, де Хо фіксована довжина хвилі, який відрізняється тим, що оптичні товщини шарів А і В дорівнюють Я.о/24 , оптична товщина шару С дорівнює Я.о/3 , а показники заломлення пд, пв і пс, ВІДПОВІДНО, шарів А, В і С задовольняють співвідношення у = 0,57334+1,78578х - 0,69411х2 + 0,48635х3, де х = , У = Пд/Пв характеризуються спектральними залежностями пропускання, в яких на довжинах хвиль А близьких непарним цілим значенням відношення Ао/А = 1 , 3 , 5, спостерігаються так звані "смуги високого відбивання" або "стоп-смуги", а на довжинах хвиль А близьких парним цілим значенням відношення Ао/А = 2, 4, 6, спостерігаються так звані "смуги високого пропускання" або "смуги прозорості" При цьому ВІДПОВІДНІ ЦІЛІ значення відношення А / 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 Ао/А системи S(0,5AB0,5A)10, де S - підкладинка із оптичного скла з показником заломлення ns = 1,52, А і В шари із матеріалів з показниками заломлення гід = 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 А близьких непарним цілим значенням відношення Ао/А = 1, 3, 5, 7 спостерігаються смуги високого відбивання або стоп-смуги, в яких коефіцієнт пропускання Т близький до нуля, а коефіцієнт відбивання R = (1 Т) близький до одиниці, на довжинах хвиль А близьких парним цілим значенням відношення Ао/А = 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 (О со 49736 1477124) оптичних систем є до певної міри недостатньо широка смуга прозорості на частоті п'ятої гармоніки та неможливість розширення смуги прозорості за рахунок подавления смуг високого відбивання шостого і сьомого порядку Наприклад, якщо першій гармониці відповідає довжина хвилі Ло = 2,65мкм, то смуга прозорості ВІДОМІ [АВТ СВИД СССР № 1318074] потрапляє в спектральну область від 460 до багатошарові інтерференційні системи, що 640нм забезпечують високий рівень відбивання на робочій частоті vo (довжина хвилі Л = 1/vo), a о Відомо [Ю А Первак, И В Фекешгази також на частотах другої 2vo (довжина хвилі k-z = Оптические свойства неравнотолщинных 1/2vo), третьої 3vo (довжина хвилі Лз = 1/3vo), многослойных покрытий с симметричными четвертої 4vo (довжина хвилі Л4 = 3/4vo) і шостої периодами Квантовая єлектроника (Киев), 1994, 6vo (довжина хвилі Л = 1/6vo) гармонік, при є вып 46, стр 8 - 11), що за допомогою збереженні прозорості в частотному діапазоні від двохкомпонентних періодичних багатошарових (4 + e)vo до (6 - e)vo, де є < 0,5, що охоплює п'яту систем, період яких складається з шарів всього m гармоніку 5vo Ці системи складаються з прозорої в двох різних матеріалів, із структурою S(AB) або m робочій спектральній області спектру підкладинки S(0,5AB0,5A) де S - підкладинка, А і В - шари із S, на яку наноситься інтерференційне покриття, матеріалів з показниками заломлення пд і пв утворене періодичним повторенням m разів шарів ВІДПОВІДНО, m - число, що вказує на КІЛЬКІСТЬ В та Н із матеріалів з високим (пв) і низьким (пн) періодів (АВ) або (0,5АВ0,5А), принципово показниками заломлення Оптичні товщини шарів неможливо досягти подавления смуг високого з високим показником заломлення дорівнюють відбивання одразу двох порядків, тобто досягти 0,2Ло, а шарів з низьким показником заломлення високого пропускання одразу на двох сусідніх дорівнюють О.ЗЛо, або ж навпаки, де Ло - довжина гармоніках робочої частоти vo, наприклад на хвилі, що відповідає частоті першої гармоніки частотах 5vo і 6vo або на частотах 6vo і 7vo і т д КІЛЬКІСТЬ шарів в інтерференційному покритті може Відомо [М П Лисица, С В Орлов, Ю А бути як парною 2 т так і непарною (2т + 1) Первак, И В Фекешгази Многослойные покрытия Скорочені записи структур таких систем мають с подавлением двух соседних зон высокого вигляд S(BH)m, S(BH)mB, S(HB)m, S(HB)mH, де S отражения Журнал прикладной спектроскопии, позначена під клад инка, В і Н - шари із 1987, том 47, № 2, стр 283 - 285), що досягти плівкоутворюючих матеріалів з показниками подавления смуг високого відбивання одразу двох заломлення пв і пн ВІДПОВІДНО, m - число, що вказує порядків, тобто досягти високого пропускання на КІЛЬКІСТЬ періодів (ВН), тобто скільки разів в одразу на двох сусідніх гармоніках робочої частоти структурі інтерференційного покриття vo, наприклад на частотах 2vo і 3vo можна за повторюються шари В і Н допомогою багатошарових інтерференційних систем, які мають структуру S(ABCBA) °, де S Недоліком таких багатошарових структур є підкладинка з показником заломлення ns, а А, В і С порівняно високий рівень (5 - 15%) осциляцій - шари оптичною товщиною 0,1 Ао із матеріалів з коефіцієнта пропускання в області прозорості на показниками заломлення ВІДПОВІДНО ГІД, ПВ І ПС, ЯКІ частоті п'ятої гармоніки та неможливість ПОВИННІ задовольняти співвідношенням розширення смуги прозорості за рахунок подавления смуг високого відбивання шостого і у = (1 + х)(1 + х2) / 4х - {[(1 + х)(1 + х2) / 4х]2 1/2 сьомого порядку х} при х 1, рівня осциляцій коефіцієнта пропускання на ДЄХ= Пв/Пс, У= Пд/Пв частоті п'ятої гармоніки інтерференційне Спектральна характеристика такої багатошарове покриття узгоджують з багатошарової інтерференційної системи при обмежуючими його оптичними середовищами конкретно вибраних значеннях показників шляхом додавання до інтерференційного покриття заломлення підкладинки і шарів А, В, С, з обох боків одного або двох шарів із тих же самих задовольняючих умові оптичних матеріалів [Авт Свид СССР № 1473561, у = (1 + х)(1 + х2) / 4х - {[(1 + х)(1 + х2) / 4х]2 1/2 л Авт Свид СССР № 1477123, Авт Свид СССР № х} при х 96%), яка охоплює одразу три 75% в спектральній області від 780 до 800нм (від сусідні гармоніки робочої частоти (довжина хвилі hjA,Ql до Ло/3,97). Такий фільтр може бути на частоті сьомої гармоніки 454нм, на частоті використаний для захисту органів зору від впливу шостої гармоніки дорівнює 530нм, на частоті п'ятої інфрачервоного випромінювання в спектральній гармоніки - 636нм, , тобто потрапляють в діапазон області від 3030 до3500нм, від 1500 до 1690нм 400 - 770нм), збереженням високого відбивання на (випромінювання "ербієвих" лазерів), від 1030 до частоті першої гармоніки (довжина хвилі Ло = 1080нм (випромінювання "неодимових" лазерів), 3180нм, коефіцієнти відбивання R > 98% в від 780 до 800нм (випромінювання спектральній області 3030 - 3500нм), досягненням напівпровідникових лазерів і "титан-сапфірових" високого відбивання на частотах другої лазерів). (коефіцієнти відбивання R > 98% в спектральній області 1500 - 1690нм), третьої (коефіцієнти Техніко-економічною перевагою технічного відбивання R > 98% в спектральній області 1030 рішення в порівнянні з прототипом є можливість 1080нм) і четвертої (коефіцієнти відбивання R = досягнення високого відбивання як на основній 75% в спектральній області 780 - 800нм) гармонік. частоті, так і на її другій, третій та четвертій Розроблений інтерференційний фільтр з високим відбиванням на першій, другій, третій і четвертій гармониках робочої частоти лазерного випромінювання і прозорий в спектральній області гармониці. При цьому технологічні витрати на виготовлення запропонованих інтерференційних фільтрів і прототипу практично ідентичні. TOrtfUy _-rttW№Wv jjifftWftVv ag 0,60,2ox 0,0 X l l Q CABCBAf i n Dir2 Фіг. 4. 11 49736 12 10 . \l 0,40,2Z 3 4 5 6 ? 400 600 SOO ФІГ 5 1000 -ТУТ™•—I • і ' Г 1S0Q 2000 2500 3000 3500 40BO Фіг 6 ттег—"jit)*» /JWK