JPH11121841A - レーザー用反射鏡 - Google Patents

レーザー用反射鏡

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JPH11121841A
JPH11121841A JP28848697A JP28848697A JPH11121841A JP H11121841 A JPH11121841 A JP H11121841A JP 28848697 A JP28848697 A JP 28848697A JP 28848697 A JP28848697 A JP 28848697A JP H11121841 A JPH11121841 A JP H11121841A
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JP
Japan
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refractive index
film
index film
laser
reflectance
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Pending
Application number
JP28848697A
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English (en)
Inventor
Minoru Otani
実 大谷
Kenji Ando
謙二 安藤
Yasuyuki Suzuki
康之 鈴木
Hidehiro Kanazawa
秀宏 金沢
Riyuuji Hiroo
竜二 枇榔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高反射帯域幅が大きく、入射光角度依存性の
小さい200nm以下の波長で95%以上の反射率を有
するレーザー用反射鏡を提供する。 【解決手段】 高屈折率膜材料群としてAl23,Nd
3,LaF3,GdF3、HoF3、低屈折率膜材料群と
してSiO2,MgF2及びAlF3の中から選ばれた膜
材料を用いたレーザー用反射鏡において、レーザー中心
波長をλ0、光学膜厚をdn*λ0としたとき、高屈折率
膜の光学膜厚がdn*Hn(λ0/4光学膜厚は0.25
n)で表され、低屈折率膜の光学膜厚がdn*Ln(λ0
/4光学膜厚は0.25Ln)で表され、a回の交互多
層膜構成を1スタックとしてan*(dn*Ln,dn*H
n)で表すと、多層膜が a1*(d1*L1,d1*H1)a2*(d2*L2,d2
2)・・・an*(dn*Ln,dn*Hn) で、各スタックの高屈折率膜と低屈折率膜の光学膜厚が
同じで、nが3以上の膜構成にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、200nm以下の
紫外波長域で動作するレーザー用の光学系、特にArF
エキシマレーザーを用いる光学系の高反射鏡に関するも
のであり、特に広帯域誘電体多層膜反射鏡に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】誘電体多層膜反射鏡は、低屈折率膜と高
屈折率膜を使用波長の1/4光学膜厚で積層した構成を
基本としており、高反射帯域幅Δgは、高屈折率膜の屈
折率をnh、低屈折率膜の屈折率をnlとすると、 Δg=2/πsin-1(nh−nl/nh+nl) (1式) で表すことができ、高屈折率膜と低屈折率膜の屈折率差
が大きいほど少ない層数で、かつ高反射率帯域幅の大き
い反射鏡が製造できる。したがって、高反射鏡の製造
上、膜厚制御誤差等の製造誤差を考慮すると高反射帯域
幅をどれだけ大きくすることができるかに製造歩留まり
がおおきく影響を与えていた。
【0003】また、広い波長範囲にわたって高反射率を
持つような反射鏡については、"Thin-Film Optical Fil
ters" 2nd edition. H. A. Macleod著,Macmillan出版
社のp172等に記述されているように、1/4波長に
ピークを持つ周期構造の多層膜スタックを多数積層し、
波長幅を広げる手法が公知である。
【0004】また、特開昭63−208801号公報の
ように高反射金属膜上に誘電体多層膜を積層し、少ない
層数で高反射帯域幅を広げようとする提案や、特開昭6
4−76788号公報のように、多波長の各レーザーに
対応した各1/4波長光学膜厚の周期積層構成の多波長
レーザー用高反射鏡の提案がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例では、波長200nm以下のレーザー、例えばArF
エキシマレーザー用の高反射鏡については使用可能な低
吸収膜材料に限りがあり、高屈折率膜と低屈折率膜の屈
折率差が小さく、上記(1式)から計算した場合、Kr
Fエキシマレーザー(波長248nm)と比較すると大
幅に高反射帯域幅が低下するという問題点があった。
【0006】したがって高反射鏡を製造する場合、高反
射帯域幅が小さいため製造誤差を極めて小さくしなけれ
ばならないという問題があった。
【0007】また、レーザー光が広がりを持っているよ
うな光学系(例えば入射角45度±15度)においては
入射角範囲が大きくなると、中心入射角から入射光角度
がずれるにしたがって反射率が低下してしまうという問
題点があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、レーザ
ー波長範囲が200nm以下であり、反射率95%以上
であり、高屈折率膜材料群としてAl23,NdF3
LaF3,GdF3及びHoF3の中から選ばれ、低屈折
率膜材料群としてSiO2,MgF2及びAlF3の中か
ら選ばれた膜材料を用いたレーザー用反射鏡において、
レーザー中心波長をλ0、光学膜厚をdn*λ0としたと
き、高屈折率材料群の中から選ばれた高屈折率膜の光学
膜厚がdn*Hn(λ0/4光学膜厚は0.25Hn)で表
され、低屈折率材料群の中から選ばれた低屈折率膜の光
学膜厚がdn*Ln(λ0/4光学膜厚は0.25Ln)で
表され、a回の交互多層膜構成を1スタックとしてan
*(dn*Ln,dn*H n)で表すとき、多層膜が a1*(d1*L1,d1*H1)a2*(d2*L2,d2
2)・・・an*(dn*Ln,dn*Hn) で表され、各スタックにおける高屈折率膜と低屈折率膜
の光学膜厚が同じで、3つ以上のスタックの組み合わせ
で形成される膜構成にすることにより、少ない層数で高
反射帯域幅が大きく、かつ入射角依存の小さい高反射率
をもつ高反射鏡を提供することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】ArFエキシマレーザーを用いた
光学系において、光源から照射位置までの間にレーザー
光に角度の広がりがあり、入射角45度±15度で使用
する高反射鏡が必要であった。レーザー光の中心入射角
は45度であり、45度±15度という広い入射角範囲
で入射角依存の少ない反射率を示す高反射鏡で、かつ製
造上の膜厚制御誤差を考慮すると高反射率帯域幅が10
nm以上ある高反射鏡が必要である。
【0010】本発明では、上記構成により、そのような
高反射率帯域幅が10nm以上ある高反射鏡を提供する
ことができるものであり、その結果、高反射鏡を高い製
造歩留まりで提供できる。
【0011】本発明では、特に、高屈折率膜及び低屈折
率膜の膜厚をdnとしたとき45度−15度の入射角で
膜厚の下限が決まり、45度+15度の入射角で膜厚の
上限が決まり、 0.24<dn≦0.31 であるとその効果は大きい。
【0012】高屈折率膜材料としてAl23、低屈折率
膜材料としてSiO2を用いる場合、スタック数をnと
すると、nが6以上であり 0.25≦dn≦0.3 であると良い。
【0013】高屈折率膜材料としてAl23、低屈折率
膜材料としてMgF2を用いる場合、スタック数をnと
すると、nが3以上であり 0.26≦dn≦0.3 であると良い。
【0014】高屈折率膜材料としてAl23、低屈折率
膜材料としてAlF3を用いる場合、スタック数をnと
すると、nが3以上であり 0.26≦dn≦0.31 であると良い。
【0015】高屈折率膜材料としてLaF3,NdF3
GdF3,HoF3、低屈折率膜材料としてMgF2を用
いる場合、スタック数をnとすると、nが6以上であり 0.26≦dn≦0.31 であると良い。
【0016】高屈折率膜材料としてLaF3,NdF3
GdF3,HoF3、低屈折率膜材料としてAlF3を用
いる場合、スタック数をnとすると、nが5以上であり 0.26≦dn≦0.31 であると良い。
【0017】本発明のレーザー用反射鏡は、適当な基
板、例えば、シリコン(Si)、炭化珪素(SiC)、
炭化珪素で被覆されたタングステン(W)、モリブデン
(Mo)、W−Mo合金、耐熱セラミックスなど基板上
に、公知の方法、例えば、真空蒸着法、分子イオンビー
ム蒸着法(MBE)法、スパッタ法などにより、上記の
高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に所定の光学膜厚とな
るように所望の層数積層し、1スタックの交互多層膜構
成を形成し、更にその上に順次、次のスタックを同様に
形成して、所定のスタック数となるように形成すること
で製造することができる。なお、各スタックは膜厚dn
が順次大から小へ、あるいは小から大へ変化するよう積
層すればよい。このような膜厚の増減は、交互多層膜を
構成する2材料の屈折率差で決まり、例えば、MgF2
/Al23では0.02ずつ、AlF3/Al23では
0.02〜0.025ずつ、MgF2/LaF3では0.
01ずつ、AlF3/LaF3では0.01〜0.015
ずつ、などのように一定の比で増減させればよい。又、
積層数aとしては、15〜40、好ましくは18〜30
である。
【0018】
【実施例】
(実施例1)ArFエキシマレーザー用反射鏡をA12
3とSiO2を用いて製作した。
【0019】膜構成は、レーザー波長をλ0、光学膜厚
をd1*λ0、Al23膜をAとしたとき、A123膜の
λ0/4光学膜厚は0.25A、SiO2膜をSとしたと
き、SiO2膜のλ0/4光学膜厚は0.25Sと表すこ
とができ、Al23とSiO 2のλ0/4光学膜厚のa回
の交互多層膜構成をa(0.25A,0.25S)と表
すとすると、今回製作した広帯域高反射鏡膜構成はλ0
=193nmであり、20(0.25S,0.25A)
20(0.26S,0.26A)20(0.27S,
0.27A)20(0.28S,0.28A)20
(0.29S,0.29A)20(0.3S,0.3
A)であった。
【0020】製作した反射鏡の入射角30、45、60
度入射の反射率特性を測定した結果を図1に示す。
【0021】aは30度入射、bは45度入射、cは6
0度入射で、反射率97%以上の波長幅は15nm程度
あり、製造誤差を考慮しても充分歩留まりのある膜であ
ることがわかる。この膜のArFレザー波長(193n
m)における反射率の入射角依存を測定した結果を図2
に示した。入射角0度(垂直入射)から65度の広い入
射角範囲において97%以上の反射率を示しており入射
角依存の小さい広帯域な反射鏡であることがわかる。
【0022】(比較例1)比較のため、λ0/4光学膜
厚の交互多層膜構成の50(0.25S,0.25A)
で、λ0=209.6nmの反射鏡を製作し、その反射
率のArFレザー波長(193nm)における入射角依
存を測定した結果を図3に示す。反射率97%以上の入
射角は34から54度と狭いことがわかる。
【0023】(実施例2)ArFエキシマレーザー用反
射鏡をA123とMgF2を用いて製作した。入射角は
45度であり、レーザー光に角度の広がりがあり45度
±15度で使用するものであった。
【0024】膜構成は、Al23膜をA、MgF2膜を
Mと表すと、今回製作した広帯域高反射鏡膜構成はλ0
=193nmとすると、20(0.26M,0.26
A)20(0.28M,0.28A)20(0.3M,
0.3A)であった。
【0025】製作した反射鏡の入射角30、45、60
度入射の反射率特性を測定した結果を図4に示す。
【0026】aは30度入射、bは45度入射、cは6
0度入射で、反射率97%以上の波長幅は17nm程度
あり、製造誤差を考慮しても充分歩留まりのある膜であ
ることがわかる。この膜のArFレザー波長(193n
m)における反射率の入射角依存を測定した結果を図5
に示した。入射角0度(垂直入射)から60度の広い入
射角範囲において99%以上の反射率を示しており入射
角依存の小さい広帯域な反射鏡であることがわかる。
【0027】(比較例2)比較のため、λ0/4光学膜
厚の交互多層膜構成の50(0.25M,0.25A)
で、λ0=215nmの反射鏡を製作し、その反射率の
ArFレザー波長(193nm)における入射角依存を
測定した結果を図6に示す。反射率97%以上の入射角
は33から58度と狭いことがわかる。
【0028】(実施例3)ArFエキシマレーザー用反
射鏡をAl23とAlF3を用いて製作した。入射角は
45度であり、レーザー光に角度の広がりがあり45度
±15度で使用するものであった。
【0029】膜構成は、A123膜をA、A1F3膜を
Fと表すと、今回製作した広帯域高反射鏡膜構成はλ0
=193nmとすると、18(0.26F,0.26
A)18(0.2851F,0.28A)18(0.3
1F,0.3A)であった。
【0030】製作した反射鏡の入射角30、45、60
度入射の反射率特性を測定した結果を図7に示す。
【0031】aは30度入射、bは45度入射、cは4
5度入射で、反射率97%以上の波長幅は22nm程度
あり、製造誤差を考慮しても充分歩留まりのある膜であ
ることがわかる。この膜のArFレザー波長(193n
m)における反射率の入射角依存を測定した結果を図8
に示した。入射角0度(垂直入射)から68度の広い入
射角範囲において97%以上の反射率を示しており入射
角依存の小さい広帯域な反射鏡であることがわかる。
【0032】(比較例3)比較のため、λ0/4光学膜
厚の交互多層膜構成の50(0.25F,0.25A)
で、λ0=217nmの反射鏡を製作し、その反射率の
ArFレザー波長(193nm)における入射角依存を
測定した結果を図9に示す。反射率97%以上の入射角
は31から58度と狭いことがわかる。
【0033】(実施例4)ArFエキシマレーザー用反
射鏡をLaF3とMgF2を用いて製作した。入射角は4
5度であり、レーザー光に角度の広がりがあり45度±
15度で使用するものであった。
【0034】膜構成は、LaF3膜をL、MgF2膜をM
と表すと、今回製作した広帯域高反射鏡膜構成はλ0
193nmとすると、30(0.26M,0.26L)
30(0.27M,0.27L)30(0.28M,
0.28L)30(0.29M,0.29L)30
(0.3M,0.3L)30(0.31M,0.31
L)であった。
【0035】製作した反射鏡の入射角30、45、60
度入射の反射率特性を測定した結果を図10に示す。
【0036】aは30度入射、bは45度入射、cは6
0度入射で、反射率95%以上の波長幅は12nm程度
あり、製造誤差を考慮しても充分歩留まりのある膜であ
ることがわかる。この膜のArFレザー波長(193n
m)における反対率の入射角依存を測定した結果を図1
1に示した。入射角12度(垂直入射)から63度の広
い入射角範囲において98%以上の反射率を示しており
入射角依存の小さい広帯域な反射鏡であることがわか
る。
【0037】また、LaF3の代わりにNdF3,GdF
3,HoF3を高屈折率材料として用いた場合もほほ同様
の膜が得られた。
【0038】(比較例4)比較のため、λ0/4光学膜
厚の交互多層膜構成の50(0.25M,0.25L)
で、λ0=218nmの反射鏡を製作し、その反射率の
ArFレザー波長(193nm)における入射角依存を
測定した結果を図12に示す。反射率98%以上の入射
角は38から51度と狭いことがわかる。
【0039】(実施例5)ArFエキシマレーザー用反
射鏡をLaF3とAlF3を用いて製作した。入射角は4
5度であり、レーザー光に角度の広がりがあり45度±
15度で使用するものであった。
【0040】膜構成は、LaF3膜をL、AlF3膜をF
と表すと、今回製作した広帯域高反射鏡膜構成はλ0
193nmとすると、25(0.26F,0.26L)
25(0.275F,0.275L)25(0.29
F,0.29L)25(0.3F,0.3L)25
(0.31F,0.31L)であった。
【0041】製作した反射鏡の入射角30、45、60
度入射の反射率特性を測定した結果を図13に示す。
【0042】aは30度入射、bは45度入射、cは6
0度入射で、反射率97%以上の波長幅は13nm程度
あり、製造誤差を考慮しても充分歩留まりのある膜であ
ることがわかる。この膜のArFレザー波長(193n
m)における反射率の入射角依存を測定した結果を図1
4に示した。入射角0度(垂直入射)から61度の広い
入射角範囲において98%以上の反射率を示しており入
射角依存の小さい広帯域な反射鏡であることがわかる。
【0043】また、LaF3の代わりにNdF3,GdF
3,HoF3を高屈折率材料として用いた場合もほほ同様
の膜が得られた。
【0044】(比較例5)比較のため、λ0/4光学膜
厚の交互多層膜構成の50(0.25F,0.25L)
で、λ0=220nmの反射鏡を製作し、その反射率の
ArFレザー波長(193nm)における入射角依存を
測定した結果を図15に示す。反射率98%以上の入射
角は38から53度と狭いことがわかる。
【0045】
【発明の効果】以上説明したように、レーザー波長範囲
が200nm以下であり、反射率95%以上であり、高
屈折率膜材料群としてAl23,NdF3,LaF3,G
dF3及びHoF3の中から選ばれ、低屈折率膜材料群と
してSiO2,MgF2及びAlF3の中から選ばれた膜
材料を用いたレーザー用反射鏡において、レーザー中心
波長をλ0、光学膜厚をdn*λ0としたとき、高屈折率
材料群の中から選ばれた高屈折率膜の光学膜厚がdn
n(λ0/4光学膜厚は0.25Hn)で表され、低屈
折率材料群の中から選ばれた低屈折率膜の光学膜厚がd
n*Ln(λ0/4光学膜厚は0.25Ln)で表され、a
回の交互多層膜構成を1スタックとしてan*(dn*L
n,dn*H n)で表すとき、多層膜が a1*(d1*L1,d1*H1)a2*(d2*L2,d2
2)・・・an*(dn*Ln,dn*Hn) で表され、各スタックにおける高屈折率膜と低屈折率膜
の光学膜厚が同じで、3つ以上のスタックの組み合わせ
で形成される膜構成にすることにより、少ない層数で高
反射帯域幅が大きく、かつ入射角依存の小さい高反射率
をもつ高反射鏡を提供することができた。また高反射帯
域幅が広いため、製造上の膜厚制御性の誤差を考慮して
も充分に歩留まりのある高反射鏡を提供することができ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で作製した膜構成の高反射鏡の入射角
30、45、60度の反射率測定結果を表す図である。
【図2】実施例1で作製した膜構成の高反射鏡の波長1
93nmにおける入射角と反射率の関係を測定した結果
を表す図である。
【図3】比較例1で作製した膜構成の高反射鏡の波長1
93nmにおける入射角と反射率の関係を測定した結果
を表す図である。
【図4】実施例2で作製した膜構成の高反射鏡の入射角
30、45、60度の反射率測定結果を表す図である。
【図5】実施例2で作製した膜構成の高反射鏡の波長1
93nmにおける入射角と反射率の関係を測定した結果
を表す図である。
【図6】比較例2で作製した膜構成の高反射鏡の波長1
93nmにおける入射角と反射率の関係を測定した結果
を表す図である。
【図7】実施例3で作製した膜構成の高反射鏡の入射角
30、45、60度の反射率測定結果を表す図である。
【図8】実施例3で作製した膜構成の高反射鏡の波長1
93nmにおける入射角と反射率の関係を測定した結果
を表す図である。
【図9】比較例3で作製した膜構成の高反射鏡の波長1
93nmにおける入射角と反射率の関係を測定した結果
を表す図である。
【図10】実施例4で作製した膜構成の高反射鏡の入射
角30、45、60度の反射率測定結果を表す図であ
る。
【図11】実施例4で作製した膜構成の高反射鏡の波長
193nmにおける入射角と反射率の関係を測定した結
果を表す図である。
【図12】比較例4で作製した膜構成の高反射鏡の波長
193nmにおける入射角と反射率の関係を測定した結
果を表す図である。
【図13】実施例5で作製した膜構成の高反射鏡の入射
角30、45、60度の反射率測定結果を表す図であ
る。
【図14】実施例5で作製した膜構成の高反射鏡の波長
193nmにおける入射角と反射率の関係を測定した結
果を表す図である。
【図15】比較例5で作製した膜構成の高反射鏡の波長
193nmにおける入射角と反射率の関係を測定した結
果を表す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金沢 秀宏 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 枇榔 竜二 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザー波長範囲が200nm以下であ
    り、反射率95%以上であり、高屈折率膜材料群として
    Al23,NdF3,LaF3,GdF3及びHoF3の中
    から選ばれ、低屈折率膜材料群としてSiO2,MgF2
    及びAlF3の中から選ばれた膜材料を用いたレーザー
    用反射鏡において、レーザー中心波長をλ0、光学膜厚
    をdn*λ0としたとき、高屈折率材料群の中から選ばれ
    た高屈折率膜の光学膜厚がdn*Hn(λ0/4光学膜厚
    は0.25Hn)で表され、低屈折率材料群の中から選
    ばれた低屈折率膜の光学膜厚がdn*Ln(λ0/4光学
    膜厚は0.25Ln)で表され、a回の交互多層膜構成
    を1スタックとしてan*(dn*Ln,dn*Hn)で表
    すとき、多層膜が a1*(d1*L1,d1*H1)a2*(d2*L2,d2
    2)・・・an*(dn*Ln,dn*Hn) で表され、各スタックにおける高屈折率膜と低屈折率膜
    の光学膜厚が同じで、3つ以上のスタックの組み合わせ
    で形成される膜構成であることを特徴とするレーザー用
    反射鏡。
  2. 【請求項2】 請求項1において、高屈折率膜及び低屈
    折率膜の膜厚をdnとしたとき 0.24<dn≦0.31 であることを特徴とするレーザー用反射鏡。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2において、高屈折率膜材
    料としてAl23、低屈折率膜材料としてSiO2を用
    いる場合、スタック数をnとすると、nが6以上であり 0.25≦dn≦0.3 であることを特徴とするレーザー用反射鏡。
  4. 【請求項4】 請求項1又は2において、高屈折率膜材
    料としてAl23、低屈折率膜材料としてMgF2を用
    いる場合、スタック数をnとすると、nが3以上であり 0.26≦dn≦0.3 であることを特徴とするレーザー用反射鏡。
  5. 【請求項5】 請求項1又は2において、高屈折率膜材
    料としてAl23、低屈折率膜材料としてAlF3を用
    いる場合、スタック数をnとすると、nが3以上であり 0.26≦dn≦0.31 であることを特徴とするレーザー用反射鏡。
  6. 【請求項6】 請求項1又は2において、高屈折率膜材
    料としてLaF3,NdF3,GdF3又はHoF3、低屈
    折率膜材料としてMgF2を用いる場合、スタック数を
    nとすると、nが6以上であり 0.26≦dn≦0.31 であることを特徴とするレーザー用反射鏡。
  7. 【請求項7】 請求項1又は2において、高屈折率膜材
    料としてLaF3,NdF3,GdF3又はHoF3、低屈
    折率膜材料としてAlF3を用いる場合、スタック数を
    nとすると、nが5以上であり 0.26≦dn≦0.31 であることを特徴とするレーザー用反射鏡。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010196168A (ja) * 2009-02-26 2010-09-09 Corning Inc 193nmでの広角高反射ミラー
CN112543881A (zh) * 2018-09-03 2021-03-23 Jsr株式会社 光学滤波器

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