JPS61165701A - 多層光学素子 - Google Patents

多層光学素子

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JPS61165701A
JPS61165701A JP60280232A JP28023285A JPS61165701A JP S61165701 A JPS61165701 A JP S61165701A JP 60280232 A JP60280232 A JP 60280232A JP 28023285 A JP28023285 A JP 28023285A JP S61165701 A JPS61165701 A JP S61165701A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複数の薄膜層から成り、屈折率の大きい層と屈
折率の小さい層とを交互に有する薄膜積層体を支持する
基体を有する多層光学素子であって、この光学素子の平
面に垂直に入射する可視及び/又は赤外スペクトル領域
の電磁放射を処理する薄膜技術における多層光学素子に
関するものである。
本明細書では入射する電磁放射を処理するための光学素
子は、所定の波長の電磁放射に関して反射特性又は非反
射特性を有する複数層の系を意味するものとして理解さ
れるべきである。
反射特性を有し多層薄膜素子のような構造をした複数層
の系は英国特許出願第2.020.842号から既知で
ある。この英国特許出願に記載されている反射体は、各
層の厚さがλ/4(λは反射すべき放射の波長)に等し
い屈折率の大きい層と屈折率の小さい層とを交互に有す
る複数の(7〜9層)誘電体層を有している。これら複
数層は蒸着され、氷晶石と硫酸亜鉛との交互層、又はフ
ッ化トリュームと硫酸亜鉛との交互層から構成されてい
る。
この既知の反射体の欠点は、蒸着によって形成された薄
膜層に固有の物理的な欠陥を有していることである。こ
の物理的欠陥は、反射すべき放射光の波長領域で不適当
な低い吸収を部分的に有していたり、十分にホモジニュ
スでなく、この結果散乱が生じたり吸収中心が発生して
しまう。従って、これらの誘電体層は、高出力レーザの
ミラーとして使用するには極めて不適当である。
本発明の目的は高出力レーザ用のミラーとして使用する
のに十分適合する本明細書冒頭部で泳べた型式の多層光
学素子を提供するものである。
本発明による多層光学素子は複数の薄膜層から成り、屈
折率の大きい層と屈折率の小さい層とを交互に有する薄
膜積層体を支持する基体を□有する多層光学素子であっ
て、この光学素子の平面に垂直に入射する可視及び/又
は赤外スペクトル領域の電磁放射を処理する薄膜技術に
おける多層光学素子に基体を格子定数a0の単結晶基体
とすると共に、前記薄膜積層体を、前記基体上にエピタ
キシャル成長させた複数の単結晶層を以て構成し、且つ
薄膜積層体の格子定数をaoにほぼ等しくしたことを特
徴とするものである。
本発明による多層光学素子の一例は、基体から数えて偶
数番目の単結晶層を基体と同一の材料を以て構成したこ
とを特徴とするものである。
本発明の範囲内におい′ζは、基体を例えば燐化ガリュ
ーム単結晶とすることができる。シリコンと燐化ガリュ
ームとの交互単結晶層はへテロ−エピタキシー法によっ
て堆積させることができる。
別の方法としては、基体を砒化ガリューム単結晶体を以
て構成することができる。シリコンと砒化ガリュームと
の交互単結晶層は、ヘテロ−エピタキシ一方法によって
堆積させることができる。
本発明では、基体とこの基体にエピタキシャル成長させ
た単結晶層とをガーネット構造を有する単結晶材料を以
て構成するこが好適である。
ガーネット単結晶層の、例えば液晶からのエピタキシャ
ル成長は、゛物理的に言えば蒸着層に比べてほぼ完全な
層となり、従ってガーネット単結晶層はわずかな吸収中
心及びわずかな数の散乱中心を有するにすぎない。種々
の組成のガーネットを用いて少なくともほぼ等しい格子
定数を有するが屈折率の異なる値を有する複数層を組み
合せることができる。屈折率の大きな層と小さな層とを
交互に積層し、屈折率の差に応じて積層数を変えること
によって所望の反射率を実現することができる。
本発明では、基体をガドリュームガリュームガーネッI
−(GGG)を以て構成することが実際的である。GG
Gは高い光学性能、すなわち物理的欠陥が最小であって
光学的不均一性が無視できる程度のものを手に入れるこ
とができる。
赤外線スペクトル領域の電磁放射を処理するためには、
基体から数えて奇数番目の単結晶ガーネット層をイット
リューム鉄ガーネットを基材とする材料を以て構成する
と共に、基体から数えて偶数番目の層をガドリュームガ
リュームガーネットを以て構成する。
例えば、GGGの基体上にイントリューム鉄ガーネット
(YIG) (n =2.2)とGGG(n =2.0
)との交互層を反射特性が最良となるような厚さで成長
させた場合、2層の場合の反射率は18%であり、10
層の場合は49%であり、16層の場合の反射率は69
%である。
光学的スペクトル領域の電磁放射を処理するためには、
基体から数えて奇数番目の単結晶ガーネット層をY3A
l3SC201tを基材とする材料を以て構成し、基体
から数えて偶数番目の単結晶ガーネット層をガドリュー
ムガリュームガーネットを以て構成する。
これら以外にレーザ装置の反射素子又は非反射素子とし
ても有用性があり、本発明による光学素子は磁気光学的
に活性なガーネット層と組み合せて使用するにも好適で
ある。この磁気光学的に活性なガーネット層は、エピタ
キシャル単結晶ガーネット積層体の基体と反対側に形成
するか、又は基体とエピタキシャル単結晶ガーネット層
の積層体との間に形成することができる。この場合、積
層体を構成する複数のエピタキシャル単結晶ガーネット
層の各厚さを、使用する電磁放射の波長に対して最良の
反射率となるように選択する。
一方、磁気光学的に活性なエピタキシャルガーネット層
をエピタキシャル成長させた第1の副積層体と第2副積
層体との間に形成することもでき、この場合には第1副
積層体の各層の厚さを使用する電磁放射の波長に対して
最良の反射が得られるように選択し、第2副積層体の各
層の厚さを使用する電磁放射の波長に対して最良の非反
射特性となるように選択する。この場合、第1副積層体
を例えば基体に隣接させ、処理すべき電磁放射を第2副
積層体を経て入射させる。
以下図面に基いて本発明の詳細な説明する。
第1図に、例えばガドリュームガリュームガーネッ) 
(GGG)から成る単結晶基体lを示す。単結晶のガー
ネット層11〜16から成る積層体2を例えば液相から
気相成長させて基体1上に堆積する。
基体1は積層体2と共に本発明による光学素子を構成し
ている。厚さ及び屈折率に関し最大反射が得られるよう
に層11〜16を最良のものとする(これらの層はλ/
4層として考えることができる)と共に、これら層11
〜16が第1の屈折率n+(層11゜13、15)と第
2の屈折率nz(層12.14.16)を有している。
ここでnz <n、である。層12.14゜16をGG
G(nz =2.0)を以て構成し層11.13.15
をYIG(n、 =2.2)を以て構成し場合反射率は
34%である(λ= looonm)。基体1で直接測
定した反射率、すなわち774層を設けないで測定した
ときの反射率は11%である。積層体2は6層以上又は
6層以下とすることができる。1/47層の数の関数と
しての反射率を以下に示す。
1/4λ層の数    反射率(χ) GGG及びYIGの格子定数は互いに十分近接している
ので(ao =12.383人とa0=12.377人
)、それぞれエピタキシャル成長させることができる。
第1図においてIは入射光であり、Rは反射光であり、
Tは透過光である。
最大反射ではなく最大透過を求める場合には(非反射特
性を有する層のシステムであるから)、このために層1
1〜16の厚さ及び屈折率を最良のものとすることがで
きる。
光学的スペクトル範囲の電磁放射を取り扱うのに好適な
光学素子を得るために、GGGを基体1の材料としても
用いることができると共に、Y3Al3SCzO+z(
n=L8)から成る層11.13及び15とGGG(n
 =2.0)から成る層12.14及び16との交互層
をそれらの上にエピタキシャル成長させて堆積されるこ
とができる。GGGの格子定数(a、 =12.383
人)とY3Al+5CzO+zの格子定数(ao =1
2.38±0.01)は互いに十分適合し得るので、そ
れぞれエピタキシャル成長させることができる。
゛ 第2図は、エピタキシャル成長させたλ/4層から
成る積層体2を有する第1図に示す基体1を図示する。
本例では磁気光学的に活性な特性を有するガーネット層
3を積層体2上にエピタキシャル成長させている。この
ガーネット層3は、例えばイッリューム鉄ガーネット又
はビイスマスイソトリエーム鉄ガーネットを基材とする
合成物を有する磁気バブルガーネット層である。
積層体2を有する基体1は、磁気光学的活性層3に対し
て反射体として作用する。活性層3内の磁気バブル4は
検出装置によって検出することができ、この検出装置は
レーザ光源5、レーザ光源5の放射を集束させるための
レンズ系6,7、偏光子8、検光子9、半透過性ミラー
10及び検出器20を以て構成する。
この場合、基体1の前面側から検出を行なう。
しかしながら、基体1の後側から、すなわち基体1を透
過させて検出することも可能である。基体1の後側から
検出するのに好適な光学素子を第3図に線図的に示す。
基体1及び層11〜16から成る積層体2は第1図及び
第2図に示すものと同一であるが、この場合には磁気光
学的に活性な特性を有するエピタキシャル単結晶ガーネ
ット層3を基体1と積層体2との間に形成する。電磁放
射Iは基体1を経て入射し、活性層3を透過し、積層体
2の層数に依存する274層である積層体2によって部
分的に反射し、再び活性層3を透過し、基体1の自由面
側で検出される。磁気光学的活性層3は、反射特性を有
する副積層体2と非反射特性を有する副積層体2′との
間に形成することも任意に行なうことができる。
第4図は本発明による光学素子を具える第1の型式のレ
ーザ装置を示す。このレーザ装置では、各端部にブリュ
ースタの角度の窓22及び23をそれぞれ有する放電管
21をミラー24及び25の間に配置している。ミラー
24及び25は本発明による光学素子であり、各ミラー
24及び25は単結晶の基体1とこの基体上に屈折率の
高い層と屈折率の低い層とを交互にエピタキシャル成長
させた単結晶エピタキシャルガーネット層の積層体2と
を以て構成されている。厚さ及び屈折率は放電管21か
らの放射光に対して最大反射となるように効率のよいも
のとする。
第5図は第2の型式のレーザ装置を示す。本例では放電
管26を2個のミラー27及び28の間に配置し、各ミ
ラー27及び28を本発明による反射光学素子を以て形
成する。本例ではコイル30が巻装されている磁気光学
的に活性な素子31を有する共振空胴29を放電管26
とミラー28との間に配置する。このレーザ系の最大エ
ネルギーは共振空胴内で処理されるので、放電管26か
らの放射に対して非反射特性を有することは磁気光学的
活性素子31の両端において極めて重要である。この目
的を達成するため、例えば単結晶ガーネット基体を基材
とする磁気光学的活性素子31の両端が積層体2′をそ
れぞれ有し、この積層体2′を放電管26からの放射に
対して反射率が最小となるような屈折率及び厚さを有す
る単結晶エビタキシャルガーネ・7ト層を以て構成する
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明による反射特性を有する光学素子の断面
図、 第2図及び第3図は本発明による磁気光学的活性層を有
する光学素子の2個の異なる組合せを示す線図的正面図
、 第4図は本発明による2個の反射光学素子を具えるレー
ザ装置の構成を示す線図、 第5図は本発明による2個の反射素子及び2個の非反射
素子を具えるレーザ装置の構成を示す線図である。 1・・・基体       2・・・積層体2′・・・
副積層体    3・・・磁気光学的活性層5・・・レ
ーザ光源6,7・・・レンズ系8・・・偏光子    
  9・・・検光子10・・・半透過性ミラー 11〜16・・・ガーネット層 20・・・検出器特許
出願人   エヌ・ベー・フィリップス・フルーイラン
ベンファプリケン 一一−q−一ノ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、複数の薄膜層から成り、屈折率の大きい層と屈折率
    の小さい層とを交互に有する薄膜積層体を支持する基体
    を有する多層光学素子であって、この光学素子の平面に
    垂直に入射する可視及び/又は赤外スペクトル領域の電
    磁放射を処理する薄膜技術における多層光学素子におい
    て、前記基体を格子定数a_0の単結晶基体とすると共
    に、前記薄膜積層体を、前記基体上にエピタキシャル成
    長させた複数の単結晶層を以て構成し、且つ薄膜積層体
    の格子定数をa_0にほぼ等しくしたことを特徴とする
    多層光学素子。 2、基体から数えて偶数番目の単結晶層を基体と同一の
    材料を以て構成したことを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の多層光学素子。 3、前記基体及び基体上にエピタキシャル成長させた単
    結晶を、ガーネット構造を有する単結晶材料を以て構成
    したことを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項
    記載の多層光学素子。 4、前記基体をガドリュームガリュームガーネットを以
    て構成したことを特徴とする特許請求の範囲第3項記載
    の多層光学素子。 5、赤外スペクトル領域の電磁放射を処理するために、
    前記基体から数えて奇数番目の単結晶ガーネット層をイ
    ッリューム鉄ガーネットを基材とする材料を以て構成す
    ると共に、基体から数えて偶数番目の層をガドリューム
    ガリュームガーネットを以て構成したことを特徴とする
    特許請求の範囲第4項記載の多層光学素子。 6、可視スペクトル領域の電磁放射を処理するために、
    前記基体から数えて奇数番目の単結晶ガーネット層をY
    _3Al_3Sc_2O_1_2を基材とする材料を以
    て構成すると共に、基体から数えて偶数番目の単結晶ガ
    ーネット層をガドリュームガリュームガーネットを以て
    構成したことを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の
    多層光学素子。 7、前記複数の単結晶ガーネット層から成る積層体を基
    体に隣接させると共に、磁気光学的に活性なエピタキシ
    ャル単結晶層を前記積層体の基体と反対側に形成したこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第3項乃至第6項記載の
    いずれか1に記載の多層光学素子。 8、前記基体が磁気光学的に活性なエピタキシャル単結
    晶層を支持し、複数の単結晶ガーネット層から成る積層
    体を磁気光学的に活性なガーネット層上にエピタキシャ
    ル成長させたことを特徴とする特許請求の範囲第3項乃
    至第6項記載のいずれか1に記載の多層光学素子。 9、複数の単結晶ガーネット層からなる第1の副積層体
    と、複数の単結晶ガーネット層から成る第2の副積層体
    との間に磁気光学的に活性なエピタキシャル単結晶層を
    挟持し、この磁気光学的に活性なエピタキシャル単結晶
    層を基体上に支持し、前記第1の副積層体の単結晶ガー
    ネット層の厚さを所定波長の電磁放射の反射に対して最
    良のものとし、前記第2の副積層体の単結晶ガーネット
    層の厚さを所定波長の電磁放射の非反射に対して最良の
    ものとしたことを特徴とする特許請求の範囲第3項乃至
    第6項のいずれか1に記載の多層光学素子。
JP60280232A 1984-12-17 1985-12-14 多層光学素子 Expired - Lifetime JPH07107561B2 (ja)

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Publications (2)

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JP (1) JPH07107561B2 (ja)
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