[go: up one dir, main page]

RU2034318C1 - Polarization-selective laser mirror - Google Patents

Polarization-selective laser mirror Download PDF

Info

Publication number
RU2034318C1
RU2034318C1 SU4785839A RU2034318C1 RU 2034318 C1 RU2034318 C1 RU 2034318C1 SU 4785839 A SU4785839 A SU 4785839A RU 2034318 C1 RU2034318 C1 RU 2034318C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polarization
layers
layer
corrugation
mirror
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Н. Бельтюгов
С.Г. Проценко
Ю.В. Троицкий
Original Assignee
Институт автоматики и электрометрии СО РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт автоматики и электрометрии СО РАН filed Critical Институт автоматики и электрометрии СО РАН
Priority to SU4785839 priority Critical patent/RU2034318C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2034318C1 publication Critical patent/RU2034318C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)

Abstract

FIELD: laser equipment. SUBSTANCE: polarization-selective laser mirror is manufactured in the form of multilayer dielectric coat applied on to optical backing 1. Coat includes alternating layers 2 and 3 of two dielectrics with relatively high and low index of refraction. One of dielectric layers - layer 4 has single-side or double-side corrugation of surface with period of corrugation 5 determined depending on length of wave laser radiation and indices of refraction of layers. Indices of refraction, optical thicknesses and number of layers 2 and 3 of coat are defined by condition of obtainment of specified reflection factor. In consequence of such arrangement only one component will interfere due to presence of difference of phase hop for P and S components of reflected radiation. EFFECT: amplified polarization-selective properties of mirror. 3 dwg

Description

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к поляризующим лазерным зеркалам. The invention relates to laser technology, namely to polarizing laser mirrors.

Цель изобретения усиление поляризационно-селективных свойств зеркала при сохранении высокого значения коэффициента отражения для выделяемой поляризации. The purpose of the invention is the strengthening of the polarization-selective properties of the mirror while maintaining a high reflection coefficient for the allocated polarization.

На фиг. 1 представлена конструкция зеркала с гофрированной поверхностью внешнего слоя; на фиг.2 условная схема дифракции в этом слое; на фиг.3 конструкция зеркала с гофрированной поверхностью слоя, прилегающего к подложке. In FIG. 1 shows the construction of a mirror with a corrugated surface of the outer layer; figure 2 conventional scheme of diffraction in this layer; figure 3 the design of the mirror with the corrugated surface of the layer adjacent to the substrate.

Поляризационно-селективное лазерное зеркало выполнено в виде многослойного диэлектрического покрытия, нанесенного на оптическую подложку 1, причем покрытие состоит из чередующихся слоев 2 и 3 двух диэлектриков с относительно высоким и низким показателями преломления. Один из нескольких слоев слой 4 диэлектрика выполнен с односторонним или двусторонним гофрированием поверхности слоя с периодом d гофра 5, определяемым из условия

Figure 00000002
< d <
Figure 00000003
Figure 00000004
где λ длина волны лазерного излучения;
n1 показатель преломления слоя 4 диэлектрика с гофрированной поверхностью;
n2,n3 показатели преломления сред, обрамляющих слой 4.The polarization-selective laser mirror is made in the form of a multilayer dielectric coating deposited on an optical substrate 1, and the coating consists of alternating layers 2 and 3 of two dielectrics with relatively high and low refractive indices. One of several layers, the dielectric layer 4 is made with one-sided or two-sided corrugation of the surface of the layer with a period d of the corrugation 5, determined from the condition
Figure 00000002
<d <
Figure 00000003
Figure 00000004
where λ is the wavelength of the laser radiation;
n 1 the refractive index of the layer 4 of the dielectric with a corrugated surface;
n 2 , n 3 refractive indices of the media framing layer 4.

Показатели преломления, оптические толщины и количество слоев 2 и 3 покрытия определены условием получения заданного коэффициента отражения. The refractive indices, optical thicknesses and the number of layers 2 and 3 of the coating are determined by the condition for obtaining a given reflection coefficient.

Принцип действия зеркала поясняется на фиг.2. Падающая за зеркало световая волна 6 в результате дифракции на гофре 5 дает волны нулевого 7 и первого 8 и 9 порядков дифракции, распространяющиеся в слое 4. Волны 8 и 9 в соответствии с уравнением дифракции распространяются под углом α к направлению волны 7 нулевого порядка дифракции, sin α=λ/dn1. Вне слоя 4 распространяются только волны 10 и 11 нулевого порядка дифракции, так как выполняется условие d <

Figure 00000005
Figure 00000006
. Дифракционные волны 8 и 9 испытывают полное внутреннее отражение на границах 5 и 12 слоя и ограничены слоем 4. В результате повторной дифракции на гофре 5 часть энергии дифракционных порядков волн 8 и 9 перейдет в энергию волн 13 и 14 нулевого порядка в отраженном от зеркала пучке. Волна 7 нулевого порядка дифракции последовательно отражается от границ слоев 4,3 и 2 и после прохождения поверхности раздела (гофра 5) дает вклад в волну 10 нулевого порядка дифракции. Для световых пучков с поперечными размерами много большими толщин слоев многослойника можно пренебречь влиянием поперечного смещения волн 8 и 9 при отражении от слоев многослойника. В результате интерференции полей волн 13 и 14 и отраженной волны 10 нулевого порядка дифракции изменяется амплитуда волны, отраженной от зеркала. Результат интерференции зависит от величины набега фаз интерферирующих волн. Фазовый набег волны 7 при двойном проходе слоя 4 равен
Figure 00000007
n1H′+φ где Н' толщина слоя 4, φ скачок фазы коэффициента отражения от многослойного покрытия в плоскости границы 12 раздела сред. Аналогично для дифрагированного поля фазовый набег равен
Figure 00000008
n1H′cosα+φ1, где φ1 скачок фазы волн 8 и 9 при отражении от границы 12 раздела сред. Величина скачка фазы φ1 дифрагированного поля волн 8 и 9 существенно различна для двух положений плоскости поляризации падающего света: φ1 Е, когда вектор электрического поля падающей на зеркало волны 6 направлен вдоль полос гофра и φ1 Н, когда вектор перпендикулярен направлению полос гофра. Разность φ1 E и φ1 Н отлична от нуля и определяется выражением
φ E 1 H 1 2arctg
Figure 00000009
Следовательно, различен и коэффициент отражения зеркала для двух состояний поляризации светового пучка.The principle of operation of the mirror is illustrated in figure 2. The light wave 6 incident behind the mirror as a result of diffraction on the corrugation 5 gives waves of zero 7 and first 8 and 9 diffraction orders propagating in layer 4. Waves 8 and 9 in accordance with the diffraction equation propagate at an angle α to the direction of wave 7 of the zero diffraction order, sin α = λ / dn 1 . Outside layer 4, only waves 10 and 11 of the zeroth diffraction order propagate, since the condition d <
Figure 00000005
Figure 00000006
. Diffraction waves 8 and 9 experience total internal reflection at the boundaries of layer 5 and 12 and are limited to layer 4. As a result of repeated diffraction on the corrugation 5, part of the energy of diffraction orders of waves 8 and 9 will go into the energy of waves 13 and 14 of the zero order in the beam reflected from the mirror. Wave 7 of the zeroth diffraction order is successively reflected from the boundaries of layers 4.3 and 2 and, after passing through the interface (corrugation 5), contributes to wave 10 of the zeroth diffraction order. For light beams with transverse dimensions much larger than the thicknesses of the layers of the multilayer, we can neglect the influence of the transverse displacement of waves 8 and 9 when reflected from the layers of the multilayer. As a result of the interference of the fields of waves 13 and 14 and the reflected wave 10 of the zero diffraction order, the amplitude of the wave reflected from the mirror changes. The result of interference depends on the phase shift of the interfering waves. The phase incursion of wave 7 with a double pass of layer 4 is
Figure 00000007
n 1 H ′ + φ where H 'is the thickness of the layer 4, φ is the phase jump of the reflection coefficient from the multilayer coating in the plane of the interface 12. Similarly, for a diffracted field, the phase shift is
Figure 00000008
n 1 H′cosα + φ 1 , where φ 1 is the phase jump of waves 8 and 9 upon reflection from the medium boundary 12. The phase jump φ 1 of the diffracted field of waves 8 and 9 is significantly different for two positions of the plane of polarization of the incident light: φ 1 Е , when the electric field vector of the wave 6 incident on the mirror is directed along the corrugation bands and φ 1 Н , when the vector is perpendicular to the direction of the corrugation bands. The difference φ 1 E and φ 1 N is non-zero and is determined by the expression
φ E 1 -φ H 1 2arctg
Figure 00000009
Consequently, the reflection coefficient of the mirror is also different for the two states of polarization of the light beam.

П р и м е р На подложке 1 из плавленого кварца находится многослойное покрытие из двух диэлектриков: двуокиси циркония (слой 2) и двуокиси кремния (слой 3). Оптическая толщина каждого слоя равна четверти длины волны 0,6328 мкм. Слой 4 выполнен из двуокиси циркония и имеет толщину Н', равную 0,11 мкм. Поверхность слоя 4 выполнена с гофром, близким к прямоугольному, и имеет амплитуду гофра, равную 0,025 мкм, период гофра равен 0,4 мкм, ширина полос 0,2 мкм. Общее число слоев в многослойнике, включая слой 4, составляет 11. Коэффициенты отражения зеркала для двух положений плоскости поляризации падающего света составляют 99,9% и 91%
П р и м е р 2. Поляризационно-селективное зеркало, выполненное согласно фиг. 3, представляет собой подложку 1 из плавленого кварца. Поверхность выполнена с гофром 5, имеющим проямоугольную форму профиля полос. Период гофра равен 0,4 мкм, ширина выступов 0,2 мкм, высота выступов 0,025 мкм. Поверх подложки находится многослойное диэлектрическое покрытие из чередующихся слоев двух диэлектриков: двуокиси циркония (слой 2) и двуокиси кремния (слой 3). Слои 2 и 3 имеют оптическую толщину, равную четверти длины волны 0,6328 мкм. Слой 4, прилегающий к подложке 1, выполнен из двуокиси циркония и имеет толщину Н', равную 0,015 мкм. Общее число слоев в многослойнике равно 9. Коэффициенты отражения для двух положений плоскости поляризации света равны 99,7% и 81% на длине волны 0,6328 мкм.
EXAMPLE On a substrate 1 of fused silica there is a multilayer coating of two dielectrics: zirconium dioxide (layer 2) and silicon dioxide (layer 3). The optical thickness of each layer is a quarter of a wavelength of 0.6328 microns. Layer 4 is made of zirconia and has a thickness H 'of 0.11 microns. The surface of layer 4 is made with a corrugation close to rectangular and has a corrugation amplitude of 0.025 μm, a corrugation period of 0.4 μm, and a strip width of 0.2 μm. The total number of layers in the multilayer, including layer 4, is 11. The reflection coefficients of the mirror for two positions of the plane of polarization of the incident light are 99.9% and 91%
PRI me R 2. Polarization-selective mirror made according to Fig. 3, is a fused silica substrate 1. The surface is made with a corrugation 5 having a pro-angular shape of the strip profile. The corrugation period is 0.4 microns, the width of the protrusions is 0.2 microns, the height of the protrusions is 0.025 microns. On top of the substrate is a multilayer dielectric coating of alternating layers of two dielectrics: zirconia (layer 2) and silicon dioxide (layer 3). Layers 2 and 3 have an optical thickness equal to a quarter of a wavelength of 0.6328 microns. Layer 4 adjacent to the substrate 1 is made of zirconia and has a thickness H 'equal to 0.015 μm. The total number of layers in the multilayer is 9. The reflection coefficients for the two positions of the plane of polarization of light are 99.7% and 81% at a wavelength of 0.6328 μm.

Claims (1)

ПОЛЯРИЗАЦИОННО-СЕЛЕКТИВНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЗЕРКАЛО, выполненное в виде многослойного диэлектрического покрытия, нанесенного на оптическую подложку, причем покрытие состоит из чередующихся слоев двух диэлектриков с относительно высоким и низким показателями преломления, отличающееся тем, что, с целью усиления поляризационно-селективных свойств, один из нескольких слоев диэлектрика выполнен с одно- или двусторонним гофрированием поверхности слоя с периодом d гофра, определяемым из условия
Figure 00000010

где λ длина волны лазерного излучения;
n1 показатель преломления слоя диэлектрика с гофрированной поверхностью;
n2, n3 показатели преломления сред, обрамляющих слой диэлектрика с гофрированной поверхностью.
A POLARIZATION-SELECTIVE LASER MIRROR made in the form of a multilayer dielectric coating deposited on an optical substrate, the coating consisting of alternating layers of two dielectrics with relatively high and low refractive indices, characterized in that, in order to enhance the polarization-selective properties, one of several layers of the dielectric is made with one or two-sided corrugation of the surface of the layer with a period d of the corrugation, determined from the condition
Figure 00000010

where λ is the wavelength of the laser radiation;
n 1 is the refractive index of a dielectric layer with a corrugated surface;
n 2 , n 3 refractive indices of media framing a dielectric layer with a corrugated surface.
SU4785839 1990-01-24 1990-01-24 Polarization-selective laser mirror RU2034318C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4785839 RU2034318C1 (en) 1990-01-24 1990-01-24 Polarization-selective laser mirror

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4785839 RU2034318C1 (en) 1990-01-24 1990-01-24 Polarization-selective laser mirror

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2034318C1 true RU2034318C1 (en) 1995-04-30

Family

ID=21493297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4785839 RU2034318C1 (en) 1990-01-24 1990-01-24 Polarization-selective laser mirror

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2034318C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2140094C1 (en) * 1998-01-12 1999-10-20 Мирошин Александр Александрович Optical polarizer
US6171331B1 (en) 1996-04-11 2001-01-09 Nikolai T. Bagraev Method of treating of pathological tissues and device to effect the same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Крылова Т.Н. Интерференционные покрытия Л.: Машиностроение, 1973, с.67. *
Патент Великобритании N 2145981, кл. H 01S 3/11, опубл. 1984. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6171331B1 (en) 1996-04-11 2001-01-09 Nikolai T. Bagraev Method of treating of pathological tissues and device to effect the same
RU2140094C1 (en) * 1998-01-12 1999-10-20 Мирошин Александр Александрович Optical polarizer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5598300A (en) Efficient bandpass reflection and transmission filters with low sidebands based on guided-mode resonance effects
Robertson Experimental measurement of the effect of termination on surface electromagnetic waves in one-dimensional photonic bandgap arrays
Tyan et al. Design, fabrication, and characterization of form-birefringent multilayer polarizing beam splitter
US4312570A (en) High reflectivity coated mirror producing 90 degree phase shift
US3905676A (en) Coupling device for optical waveguide
TW546494B (en) Broadband wire grid polarizer for visible spectrum, method of making same, and apparatus for polarizing broad bandwidth
US7263259B2 (en) Multiple-source arrays fed by guided-wave structures and resonant guided-wave structure cavities
Flury et al. The leaky mode resonance condition ensures 100% diffraction efficiency of mirror-based resonant gratings
EP1238295B1 (en) Textured surface
US7379241B2 (en) High efficiency phase grating having a planar reflector
EP2300858A1 (en) Diffractive polarizing mirror device
Willey Practical Design of Optical Thin Films
US6219478B1 (en) Light wave diffraction device
Kitson et al. Surface profile dependence of surface plasmon band gaps on metallic gratings
Nemova et al. Modeling of plasmon-polariton refractive-index hollow core fiber sensors assisted by a fiber Bragg grating
RU2034318C1 (en) Polarization-selective laser mirror
US6522471B2 (en) System of beam narrowing for resolution enhancement and method therefor
US5608577A (en) Optical mirror and optical device using the same
Lin et al. Surface-plasmon-enhanced light transmission through planar metallic films
Pogossian et al. Observation of neutron guided waves from the open end of a thin film waveguide and a waveguide interferometry
KR102760531B1 (en) A spectral filter comprising at least two coupled Fabry-Perot structures
Morozov et al. Switching of electromagnetic waves by two-layered periodic dielectric structures
Nurligareev et al. Propagation of light in a one-dimensional photonic crystal: analysis by the Floquet—Bloch function method
RU2219570C2 (en) Phase-shifting reflection element
Sparks et al. Simplified description of multilayer dielectric reflectors