JPS6225701A - 偏光維持反射器および方法 - Google Patents

偏光維持反射器および方法

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JPS6225701A
JPS6225701A JP16100786A JP16100786A JPS6225701A JP S6225701 A JPS6225701 A JP S6225701A JP 16100786 A JP16100786 A JP 16100786A JP 16100786 A JP16100786 A JP 16100786A JP S6225701 A JPS6225701 A JP S6225701A
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polarization
refractive index
reflector
angle
layer
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JP16100786A
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ブルース・イー・ペリルクス
デニス・ジー・フィッシャー
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Coherent Inc
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    • G02B5/0858—Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers at least one of the reflecting layers comprising metal the reflecting layers comprising a single metallic layer with one or more dielectric layers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
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    • G02B7/181—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation
    • G02B7/1815—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation with cooling or heating systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping

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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】 この発明はレーザ装置に関し、さらに詳しく述べれば、
偏光維持反射器に関するものである。
レーザ装置は技術的に例外なく、レーザ源から出される
通常単色放射線の方向および若干の偏光特性を制御する
反射器を利用している。したがって反射器は技術的に知
られている。かかる先行技術の反射器の１つは第ＩＡ図
に示されている。その反射器は、入射光ビームの反射率
または偏光もしくはその両方を改良するためにその上に
薄膜光コーティングを伺えている。さらにその反射器は
、特定の波長のビームと共に使用するように設計されて
いる。さらに詳しく述べれば、その反射器は銀やアルミ
ニウムのような強反射性金属の層が上に付着されている
基板を含んでいる。薄膜光コーティングは一般に金属層
の最上部に付着されて、反射器を湿気、かき傷などのよ
うな環境危険から守る。この薄い透明な誘電膜の使用は
、学術用語［保護された鏡反射器」に貢献する。
保護された銀反射器は固有の特性を有し、すなわち入射
ビームの「ｐ」および「ｓ」直線偏光間の相対位＃１ま
たは位相差は各反射の間に４°〜６″移相される。かか
る移用または位相遅れは一般に、かかるレーザ装置で３
回未満の反射が要求されるときに受は入れられる。しか
し、レーザ装置で数個の反射器が要求される場合は、ビ
ームの｛偏光は著しく変更されるので、合成ビームは望
ましくないものになる。かかる多反射しーザ送り出し装
置の１つの例が第３図に示されており、ここでは８個の
反射器が使用されている。第３図のレーザ装置が実行す
べき仕事が金属の厚い部材をある形に切断したり機械加
工することであるならば、また特に加工品やレーザ送り
出しアームを巧みに操作する必要があるとき、切断の性
質が切断の異なる位置で異なるのは、切断がレーザ・ビ
ームの偏光に左右されるからである。これはレーザ切断
のよく認識されている現象である。
第ＩＡ図に示された反射器のような保護された銀反ル１
器から反射される光の割合すなわち反射率を１ざめるた
めに、第２Ａ図に示された反射器のようなもう１つの先
行技術の反射器が使用される。第２Ａ図の反射器も、強
い反射性金属が上に付着される結成を含んでいる。１つ
だけの誘電層の代わりに、誘電薄膜の数個の交互層が何
倍されるが、誘電薄膜の１つの形の物質はＧｃまたはＴ
　ｔ　Ｏ　２のような屈折率の高い物質であり、他の形
はＳ【０２、ＺｍＳまたはＴ　ｈ　Ｆ　４のような光屈
折率の低い物質である。これらの各薄膜層はレーザ光線
の波長のｌ／４波の光厚さを何し、学術用語「１１４波
長スタンク」に貢献する。この形の反射器も一般に、「
強化された銀反射器」と呼ばれ、その１つの例はフィッ
シャーらの米国特許第４，３７９．６２２号に開示され
ている。強化された銀反射器は、交互する高低屈折率物
質の１／４波を使用することによって保護された銀反射
の反射率よりも高い屈折率を与えるように設３トされて
いる。さらに、強化された銀反射器は、先ビームの入射
角が約４０°未満であるならば、入射偏光を維持するこ
とができる。しかしこの特徴は当業者によって認工され
ず、また追及もされなかった。さらに、層の厚さが正確
に調整されず、すなわちビームの中心波長に調整されな
い場合は、任意な移相差が生じる。この弱点は保護され
た銀反射器の弱点に似ている。
現在の技術による反射器は、第３図に示されたような装
置に使用されるとき、レーザ・ビームの入射角が４５°
となるように置かれる。すべての反射器の入射角を４５
′に制限することはビーム整合の機械的問題を除くが、
それは反射器の所要数を増加させるとともにレーザ送り
出し？Ｓ置のｒｖ力（ａを増大させる。したがってかか
る制限は望ましくない。
本発明の主な目的は、どんな入射ビームの偏光でも維持
しｉする偏光ｌ！を持反射器を提供することである。
本発明のもう１つの目的は、単色光源の入射μｍに敏感
でない偏光維持反射器を（：ｌ供することである。
本発明のもう１つの目的は、レーザ・ビームを集束した
りコリメートしＨｌＨる偏光維持反射器を提供すること
である。
上記および追加の目的を達成するように、本発明は単色
放射線の入射ビームを反射する偏光維持反１・ｌ器を提
供するが、前記ビームは偏光形状および入射角を持つ。
偏光維持反射器は基板と、前記構成に隣［妾して置かれ
る反射率の窩い層と、１つが反射率の高い層に隣接して
置かれる少なくとも２つの薄膜光学層とを含み、薄膜光
学層の１つは高い屈折率を“釘しかつもう１つは低い屈
折率を有し、入射偏光形状を維持する一方、約４０″〜
７５＠の広い入射角の範囲内でビームの反射時に高い反
射率を作る。
本発明の他の目的、特徴、および利点は付図に関する好
適な実施例の詳細な下記説明から明らかになると思う。
第１Ａ図に示される通り、先行技術の反射器１２が例示
されている。反射器１２は反射率の高い層１６が上に付
着されている基板１４を含む。反射１’ＷＩＧは一般に
、銀、金またはアルミニウムのような金属物、質である
。保護１層１８は反射層１６の最上部に付着されて、湿
度やかき傷のような環境（員傷から層１６を保護する。
保護層１８は一般に、透明な誘電物質であり、１／４波
の約０．８倍の光学厚さを持っている。
反射器１２は一般に、４５°の在来角度で約９８．５％
の反射を提供し得る。
しかし反射器１２には固をの不利があり、すなわちそれ
は反射によりレーザ・ビームの入射、直線および直交「
ｐ」ならびに「ｓ」偏光間に位ＩＯ差または相対位相が
あるいう固をの特徴を持っている。例えば、入射レーザ
・ビームがコリメートされ、単色で円偏光され、すなわ
ち「ｐ」および「ｓ」直線偏光間の移相差が９０’であ
るならば、４５″の入射角に置かれる反射器１２は反射
によって４″〜６″だけ位相差を減少させる。かかる移
相差の変更は、反射ビームを円偏光ビームではなく任意
な楕円偏光にさせる。第１Ｂ図に示される通り、反射器
１２は入射角５６″および７０°についてそれぞれ一４
５″ならびに一９０°の反射による移１０差を生じさせ
る。
第３図に示されるレーザ装置のような装置に数個の反射
２ル１２が使用されると、円偏光からの偏光の偏差がひ
どいので、合成ビームは望ましくないものになる。Ｔ＊
３図の装置３０はレーザ源３２と、複数個の管状アーム
３４と、集束装置３６とを備えている。反射器１２の使
用および位置は当業者の周知の通りである。
使用の際、装置３０は集束装置３６を図示されていない
加工品の上に置くようにされたロボット送り出しアーム
装置３８を含んでいる。ロボット装置３８が加工品を切
断したり機械加工したり、例えば穴をあけたり線をっけ
たりするように、集束装置３Ｂを置くとき、集束装置３
６から現われるビームの楕円率は所望より大である。最
良の切断に要する楕円率は１であるので、円からはずれ
る偏光を持つビームは１から増加し、これは楕円偏光を
意味する。楕円率が受は入れられる値１．１５より大き
い場合は、切断の質が低下するので、装置３ｏが穴をあ
けるのに使用された場合、穴の形状は円ではなく楕円に
なり、または円を切断した場合、切断の深さおよび切断
の幅は円のまわりで変化する。がくて、反射３１２を使
用する装置３０によって作られた切断の質は望ましくな
い。切断の深さの不一致といったような不都合を矯正す
るために、加］−品の位置を替えてレーザ装置３ｏで切
断し直したり、他の工具を使用して、追加の作業を行わ
なければならない。
第２Ａ図に示される通り、もう１つの先行技術の反射器
２０が例示されている。反射器２ｏは、反射率の高い金
属層２４が上に付着されている基板２２を備えている点
で、反射器１２に似ている。反射器２０はさらに：Ａ誘
電物質交互層を冑し、層２ＣＡと２８ＡはＳ　ｈ　Ｏ、
Ｚ　ｎ　Ｓ−Ｔｈ　Ｆ　４のような屈折率の低い物質で
あり、また層２ＧＢと２８１３はＧｅ。
ＴｌＯ２のような屈折率の高い物質である。これらの各
誘電層はレーザの波長の１／４の波長の光学厚さをＭＬ
、かくて学術用語ｒ　ｌ／４波長スタツク」に貢献する
。反射器２０は反射器１２より高い反射率を提供し得る
が、そのいろいろな誘電層の厚さを調整してゼロ移相を
達成しなければならない。反射器１２および反射器２０
の反射率は第１Ｃ図ならびに第２Ｃ図にそれぞれ最も良
く示されている。試験データの示すところによれば、入
射角が４０＠未満のとき反射器２０の「ｐ」対「ｓ」相
は６°未満となるが、この特性は反射′ａ２０が一般に
４５°の在来角度に置かれているので先行技術では認め
られなかったし、利用もされなかった。実際の問題とし
て、反射器２０は入射角が４５°を越えるときその高い
反射率を維持することはできない。第２Ｂ図のグラフに
最も良く示される通り、反射器２０の反射能力は入射角
が４５°を越えて進むにつれて急速に低下する。
装置３０がランダムに選択された複数個の反射器２０を
使用するとき、装置３ｏは１〜１．１５の受は入れられ
る範囲内の楕円率を持つ切断ビームを作ることがあった
り作らないこともある。装置３ｏは各反射器２０の移相
差がゼロでないので必ずしも１．１５未満ではなく、複
数個の反射器２ｏが要求されるとき、装置３０の移相差
は蓄積して１．１５をは　〆るかに上回る楕円率を生じ
ることがある。がくて、反射器２０を使用する装置３ｏ
は、反射器１２を使用する装置３０の弱点を依然として
含むことがある。
先行技術の反射器Ｉ２および２ａの不利をなくすために
、第４Ａ図に最も良く示されているような偏光維持反射
器４０が提供される。偏光維持反射器４ｏは、反射率の
高い層４４が上に付着されている基板４２を含んでいる
。反射層４４は銀、金またはアルミニウムのような金属
物質を含む。さらに、反射器４ｏは２つの薄膜光学層を
含むが、１つは屈折率の低い層４６、他は屈Ｆｒ率の高
い層４８である。屈折率の低い層４６はＳｉＯ、ＺｎＳ
またはＴｈＦ４のような屈折率の低い誘電物質を含む。
屈折率の高い層４８はＧｅまたはＴ　ｉＯ２のような屈
折率の高い誘電物質を含む。好適な実施例の誘電層４６
および４８はそれぞれＴｈＦ４ならびにＧｅである。反
射器４０が複数個のかかる誘ｆｊ１層で作られるのも注
目すべきことである。さらに、反射器４０はそれに−あ
たるレーザ・ビームによって発生される熱を消失するよ
うに基板４２に隣接して置かれる冷却ボデー５０を備え
ている。
第４Ａ図に最も良く示される通り、好適実施例の入射ビ
ームはコリメートされた、単色の、しがもＣＯ２レーザ
により発生された円偏光レーザ・ビームである。ＣＯ２
レーザの波長は約１０．６ミクロンである。レーザービ
ームの入射角は約４５°となるように選択されている。
円偏光は、おのおのが一般に文字「ｐ」および「ｓ」で
それぞれ表わされる９０＠位相はずれの２つの直線、直
交偏光として最も良く説明される。偏光維持反射器４ｏ
による反射で、反射された「ｐ」および「ｓ」偏光はお
のおのほぼ等しい振幅を有し、それらの間の＃多用が維
持される。本質的には、反射ビームの「ｐ」および「ｓ
」成分の移相差は入射ビームの移相差と同じである。し
たがって、反射ビームの偏光がＫｆｌ　ｔ’？ｊされる
。反射器４０は、入射円偏光を（１１侍し得るだけでは
なく、直線および格円のような他のすべての形の入射偏
光をも維ｔ′！ｊ　Ｌ得る。
第４６図に最も良く示される通り、反射器４０による反
射での移相差も入射角０＠〜７０＠の範囲で±　２．５
°以内に維持される。この範囲は第２Ｂ図に最も良く示
される強化された銀保護器２０に関するＯ″〜４０１の
認められていない範囲と比較される１゜平均反射率、す
なわち「ｐ」および「ｓ」反射率の平均は、第４Ｃ図に
最も良く示される通り、入射角の同じ範囲で９９．５％
を越える。
反射器４０の所望の特性をｉ見るために、下記の関数形
式が利用される： （Ｒ、Ｒ、Δ）＝ｆ（φ、λ、Ｎｊ、ｄｌ）、ｉ＝１、
２；ｊ＝０、１６２ｓ ただしＲ−装置の「ｐ」偏光反射率、 Ｒ−装置の「ｓ」偏光反射率、 Δ＝偏光間の所９１柑月移相、 φ＝入射ビームの入射角、 λ＝ビームの波長、 Ｎｉ＝周囲の金属層４４，５４６または層４８のいずれ
かの屈折率、 ｄｉ一層４６または層４８のいずれかの厚さ。
上記の関数関係は複素振幅反射係数ＲおよびＲの比によ
って表わされる： 一二−ｒａｎ　（’Ｆ）　ｅ　’Δ Ｒ 特に、各反射係数ＲおよびＲは下記の式でｐ　　　　　
　　　　　　ｓ 表わすことができる。
ＲおよびＲは大きさと位相の積の項としてもＳ 定義され、 Ｒ−ＩＲＩｅｊδ’、シーｐ、ｓ しν ただしδは「ｐ」または「ｓ」成分の絶対位相の遅れで
ある。大きさの項が２乗されると、反射される入射電力
の反射率すなわち％は下記の式で表わされる。
Ｒ−ＩＲｌ　　、　　シーｐ＋Ｓ ν　　　　　　　　　　ν ただしΔ蝙δ　−δ　。
Ｓ さらに、ＲおよびＲは下記の式で与えられｐ　　　　　
　　　　　　ｓ るフレネルの複素インターフェース反射係数の関数であ
る： 順次、フレネルのインターフェース係数は、下記の関係
を作るように誘電層および基板の複素屈折率、ならびに
先ビームの入射角の関数である：Ｓ　　−（ＮＬ　　−
Ｎｏ　　ｓｉｎ　　φ）　”　、１−０．１，２．３．
２　　２　２ Ｎ　、　−ｎ　、　−ｊｋ、　、　１−（０，１，２，
３）：ｊ＝ｆｆさらに、ＲおよびＲは下記の式で与えら
れＳ るように膜の厚さｄｌおよび膜周期の関数でもあり　　
−−Ｌ（Ｎ　２−Ｎ　２ｓｌｎ２φ）−”、１−１．２
φ１　　２　　１　　　　。
ＲとＲの比をとることによって、２つのエリｐ　　　　
　　ｓ ブソメトリック・パラメータが定められ、この場合ｔａ
ｎ（ψ）は振幅比、Δは反射時の「ｐ」および「ｓ」偏
光の移相差である。かくて、移相差および「ｐ」と「ｓ
」の反射率は、入射角、波長、周囲の誘電層４６と４８
、および基板４４の屈折率、ならびに層４４．４６．４
８の厚さの関数である。
これらの関係から見て、所望の「ｐ」および「ｓ」の反
射率は１であり、所望の移相差はＯである。さらに、金
属層４４、層４６または層４８の屈折率、ならびに入射
ビームの波長が知られ、入射角は４５″に選択される。
金属層４４、すなわち銀物質の複索屈折率は、Ｎ　　−
１１，８３２７−１７２，７１０７である。屈折率の低
い層４Ｇ（Ｔ　　Ｆ　　）はＮｉ＝１，４−１０，００
０４であり、屈折率の高い層４ｇ（４１１１）はＮｈ−
４，１−１０，０００７である。Ｃ０２ビームの波長は
１０００ミクロンである。かくて、未知のパラメータは
２つの誘電層の厚さだけである。したがって、２つの層
の厚さは、反射率および移相さの所望パラメータを最適
化しかつ達成するように変えられる。々Ｔ適な実施例に
おいて口折率の低い層４６の＝１算された厚さは２．４
８５８　ミクロンであり、これはｌ／４波長の光学Ｌゾ
さくＱ警０Ｔ）１３．９２０４にＩＵ当する。同様に、
屈折率の高い層４８の二［算されたＩＩ、Ｉさ１１０．
６６［ｉミクロン”？’あり、コｆｉ　ハｉｏ、９２２
７ＱＷＯＴ　ｌ：相当する。これらのｉ苫の厚さによっ
て、偏光維持反射器４０は９９．５０６を越える弔均反
射率と、０＠〜７５″の入射角のｉ囲にわたりＯの±　
２．５”以内である移用差とを何する。ここで注目すべ
きことは、層および物質のどんな組合せでも、偏光唯１
１ｆ反射を達成するように最適化されることである。
ＩＵ　Ｌ！Ｉ個の偏光維持反射器４０がレーザ装置６０
に置かれると、第５図に最も良く示される通り、合成レ
ーザ・ビームは入射ビームの入射円偏光を維持すると思
われる。反射器１２または２０を用いる先行技術の装置
３０は円偏光から大幅に偏差される出現ビームを作り、
それによって加工品切断の質が低下する。反射器４０を
用いる装置６０の出現ビームの（６円率は、所望の上限
１．１５より小である。装置４６０は高エネルギー・ビ
ーム、すなわち少なくとも１００ワットを出すようにさ
れているので・各反射器４０はレーザ・ビームによって
発生された熱を消失させる冷却ボデー５０を備えている
０好適な実施例の冷却ボデー５０は、在来の水冷装置で
ある。
第６図に最も良く示される通り、偏光反射器４０の１つ
の代替実施例が示されている。代替実施例の偏光惟持反
射器１４０は、レーザ°ビームの入射角にかかわらずそ
の偏光維持機能を果たすことができる。代替実施例の多
くの素子は好適実施例の素子に似ているので、好適実施
例の対応する素子を表わす数字に数字「１」が追加され
ている。例えば、代替実施例の基板は１４２で表わされ
ている。
角度に敏感でない、偏光維持反射器１４０は、反射率の
高い層１４４が上に付着されている基板１４２を含む。
さらに、屈ｔｆｒ串の低い誘ｆ、層　１４６および屈折
率の高い誘電層１４ｇが付着されている。さらに、冷却
ボデー１５０がＬ１２１４２に隣接して置かれている。
反射器　１４０の各成分の物質は、反射器４０のその相
似物の物質に相当する。前述の数式を用いて、層　１４
６と　１４１ｔの厚さはＯ″〜７０°の範囲を変化する
入射角と共に選択される。こうして計算された反射器１
４０は、その層１４０と　１４８の寸法が反射器４０の
ものと同じであれば、第４６図および第４Ｃ図に最も良
く示される通り、入射角が００〜７５＠の範囲内にある
とき偏光を維持するとともに高い反射率を維持すること
ができる。移用差をはこの入射範囲内でＯの土　２．５
”以内に維持され、また平均反射率は約９９　、５９６
に維持される。
角度に敏感でない、偏光ＩＩＩ持反射器　１４０の使用
は第７図に例示されている。第７図の装置　１６０はレ
ーザ源１３２と、在来のｌ／４波長反射器　＋５２と、
１．１；ｉ　ｆｉ　ｌｉｄのかかる反ｎＪ器１４０とを
含んでいる。４５″の角度で置かなければならない反射
器の使用に制限されないで、反射３　１４０は加工品　
１６２にレーザ・ビームをいろいろな角度で送り出すよ
うに置かれる。さらに、４５°の角度を持つ反射器８個
を使用する代わりに、例えば第３図の装置３０または第
５図の装置６０の代わりに、２個のような少ない数゛の
角度に敏感でない反射Ｚ１４０を用いて同じ結果を作る
ことができる。装置　１６０は、送り出し装置の電力ｂ
ｊを少なくし、整合する光学素子の数を少なくし、また
少ない所要反射器の数により費用を安くする、といった
ような利点を得ることらできる。
本発明のもう１つの代替実施例が第８図に示されている
。偏光維持反射器２４０はレーザ・ビームを集束するこ
とができる。好適実施例の対応する素子を表わす数字に
数字「２」が追加されている。反η・ｊ器２４０と反射
器４０との顕著な差は、反射器２４０が曲面に作られて
いることである。円環形の反射器２４０は、高反射金属
層２４４が上に付着されている基板２４０を含んでいる
。さらに、屈折率の低い誘電層２４６および屈折率の高
い誘電層２４８が具備されている。さらに、冷却ボデー
２５０が基板２４２に隣接して置かれている。
反射器２４０の曲率半径は、反射器２４０の焦点距離が
約５〜２５．４ｃｍ　（２〜ｆ０１ｎ、）の標準範囲内
にあるように選択されている。焦点距離の選択は当業者
周知の通りである。曲率が選択されると、反射器２４０
は規定された固定の入射角で当たるレーザ・ビームを集
束することができる。
円環形の集束反射器２４０の使用は第９図に／ｄも良く
例示されている。装置２６０は、レーザ源２３２と、コ
リメータとして働く２個の円環形集束反射器２４０とを
含んでいる。レーザ・ビームが一定の距離を走行すると
、それはコリメートされた状態から拡散する傾向を示す
。したがって、レーザ・ビームをそのコリメートされた
何効な状態に戻すコリメーションが要求される。かかる
機能を果すコリメータは技術的に知られている。
しかし、かかる先行技術のコリメータ用の集束装置は透
過性レンズである。透過性レンズの欠点は、レンズ物質
がレーザ・ビームから電力を吸収し、それによってレン
ズの中心の温度が上昇されることである。これは順次、
レンズの屈折率を変化させ、それによって焦点距離が変
化する。レンズの焦点距離が変えられると、第２図の装
置３０のような装置によって作られる切断の質は維持さ
れない。この作用は「熱レンズ作用」とし７一般に知ら
れている。熱レンズ作用は、例えば５００冒以上の高雷
カレーザ装置が使用されるとき一段と強烈である。円環
形集束反ｎｌ器２４０の４要な使用は、透過性集束レン
ズを、第３図の集束装置３Ｇまたは第７図に図示されて
いない集束装置のような任意な他の集束装置に置き替え
ることである。かくて、円環形集東反射器２４０は先行
技術の透過性集束レンズの欠点を軽減する。
当業者にとっては明らかであると思うが、本発明の主旨
および特許請求の範囲内でいろいろな変更が作られる。
例えば、円環形集束反射器２４０は先行技術の装置３０
の集束装置３６に代わることかできる。あるいは、集束
反射器２４０は第５図の装置６０の１個以上の反射器４
０または第７図の反射器１４０に代わることができる。
本質的には、集束反射器２４０はコリメーションや集束
が要求されるとき必ず使用することができる。さらに、
使用されるレーザの形式はＣＯ２に制限されず、むしろ
利用できるいろいろな波長を持つ任意な形式でよい。
さらに、偏光維ｔ−、７反射器４０．１４０および２４
０は当然、入射偏光が任意な形であるとき入射ビームの
偏光を維持することができる。最後に、偏光維持反射Ｗ
ｕ４０．１４０および２４０の反射率はもう１対または
２対の高低屈折率の誘電層４Ｇ、４８を上述の実施例の
設計物の上部に追加することにより改良することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１Ａ図は先行技術の光学薄膜反射器の簡潔化された図
、第１Ｂ図は第１Ａ図の反射器の移相の面を示すグラフ
、第１Ｃ図は第１Ａ図の反射器の反射率の面を示すグラ
フ、第２Ａ図はもう１つの先行技術の光学薄膜反射器の
簡潔された図、第２Ｂ図は第２Ａ図の反射器の移出の面
を示すグラフ、第２Ｃ図は第２八図の反射器の反射率の
而を示すグラフ、第３図はレーザ送り出し装置の簡潔化
された斜視図、第４八図は本発明の偏光維持反射器の拡
大された断面図、第４６図は第４Ａ図の偏光反射器の偏
光維持特性を示すグラフ、第４Ｃ図は第４図の偏光維持
反射器の反射率特性を示すグラフ、第５図は第４Ａ図〜
第４Ｃ図の偏光維持反射器を使用するレーザ装置の簡潔
化された図、第６図は第４Ａ図〜第４Ｃ図の偏光唯ｔ！
ｊ反射器の代替実施例、すなわち角度に敏感でない（偏
光維持反射器の拡大された断面図、第７図は第６図の角
度に＠感でない偏光維持反射器を使用するレーザ装置の
簡潔化された図、第８図は第４八図〜第４Ｃ図および第
６図の反射器のもう１つの代替実施例、すなわちレーザ
・ビームを集束し得る偏光維持反射器の図、第９図は第
８図の集束偏光維持反射器を使用するレーザ装置の簡潔
化された図である。 符号の説明： １２、２０−反射器、３０．　ＧＯ，１［ｉｏ、　　２
６０−レーザ装置、　３２．　１３２．　２３２−レー
ザ源、　４０．　１４０．　２４０−偏光維持反射器、
　４２．　１４２．　２４２一基板；４４゜１４４、　
２４４．４６．　１４６．　２４８．４８．　１４８．
　２４８一層；　５０．　１５０．　２５０−冷却ボデ
ー特許出願代理人

Claims (74)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）偏光形状状および入射角を持つ単色放射線の入射
    ビームを反射する偏光維持反射器であって、基板と、 前記基板に隣接して置かれた強反射層と、 １つが前記強反射層に隣接して置かれ、１つが高屈折率
    を持ちかつもう１つが低屈折率を持ち、前記入射偏光形
    状を維持するとともに約４０°から７５°までの前記入
    射角の広い範囲内でそこからの前記ビームの反射時に高
    い反射率を作る、少なくとも２つの薄膜光学層と、 を含むことを特徴とする前記偏光維持反射器。
  2. （２）前記反射器は下記の関数の形を利用して設計され
    、 （Ｒ＿ｐ、Ｒ＿ｓ、Δ）＝ｆ（φ、λ、Ｎ＿ｊ、ｄ＿ｊ
    ）、ｉ＝１、２；ｊ＝０、１、２ただしＲ＿ｐ＝装置の
    「ｐ」偏光反射率、 Ｒ＿ｓ＝装置の「ｓ」偏光反射率、 Δ＝偏光間の所望相対移相、 φ＝入射ビームの入射角、 λ＝ビームの波長、 Ｎ＿ｉ＝周囲の、前記反射層または前記屈折層のいずれ
    かの屈折率、 ｄ＿ｉ＝前記反射層または前記屈折層のいずれかの厚さ
    、 であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載によ
    る偏光維持反射器。
  3. （３）前記屈折率層は誘電物質を含むことを特徴とする
    特許請求の範囲第２項記載による偏光維持反射器。
  4. （４）前記強反射層は金属物質を含むことを特徴とする
    特許請求の範囲第３項記載による偏光維持反射器。
  5. （５）前記高屈折率層はＧ＿ｅを含み、前記低屈折半層
    はＴ＿ｈ、Ｆ＿４を含む、ことを特徴とする特許請求の
    範囲第４項記載による偏光維持反射器。
  6. （６）前記強反射層は銀を含むことを特徴とする特許請
    求の範囲第５項記載による偏光維持反射器。
  7. （７）前記光源によって発生された熱を消失させるよう
    に前記基板に隣接して置かれた冷却ボデーをさらに含む
    ことを特徴とする特許請求の範囲第６項記載による偏光
    維持反射器。
  8. （８）偏光形状および入射角を持つ単色放射線の入射ビ
    ームを発生させるレーザ源と、 前記偏光形状が維持されるとともに高反射率を作るよう
    に前記ビームを反射する偏光維持反射器であって、 基板と、 前記基板に隣接して置かれた強反射層と、 １つが前記強反射層に隣接して置かれ、１つが高屈折率
    を持ちかつもう１つが低屈折率を持ち、前記入射偏光形
    状を維持するとともに約４０°から７５°までの前記入
    射角の広い範囲内で前記高い反射率を作る、少なくとも
    ２つの薄膜光学層とを含む前記偏光維持反射器と、 を有することを特徴とするレーザ装置。
  9. （９）前記偏光維持反射器は下記の関数の形を利用して
    設計され、 （Ｒ＿ｐ、Ｒ＿ｓ、Δ）＝ｆ（φ、λ、Ｎ＿ｊ、ｄ＿ｉ
    ）、ｉ＝１、２；ｊ＝０、１、２ただしＲ＿ｐ＝装置の
    「ｐ」偏光反射率、 Ｒ＿ｓ＝装置の「ｓ」偏光反射率、 Δ＝偏光間の所望相対移相、 φ＝入射ビームの入射角、 λ＝ビームの波長、 Ｎ＿ｊ＝周囲の、前記反射層または前記屈折層のいずれ
    かの屈折率、 ｄ＿ｉ＝前記反射層または前記屈折層のいずれかの厚さ
    、 であることを特徴とする特許請求の範囲第８項記載によ
    るレーザ装置。
  10. （１０）前記屈折率層は誘電物質を含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第９項記載によるレーザ装置。
  11. （１１）前記強反射層は金属物質を含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第１０項記載によるレーザ装置。
  12. （１２）前記高屈折率層はＧ＿ｅを含み、前記低屈折率
    層はＴ＿ｈＦ＿４を含む、ことを特徴とする特許請求の
    範囲第１１項記載によるレーザ装置。
  13. （１３）前記強反射層は銀を含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第１２項記載によるレーザ装置。
  14. （１４）前記偏光維持反射器は前記光源によって発生さ
    れた熱を消失させるために前記基板に隣接して置かれた
    冷却ボデーをさらに含むことを特徴とする特許請求の範
    囲第１３項記載によるレーザ装置。
  15. （１５）前記レーザ源は二酸化炭素レーザであることを
    特徴とする特許請求の範囲第１４項記載によるレーザ装
    置。
  16. （１６）前記装置は少なくとも１００ワットのエネルギ
    ーを発生し得ることを特徴とする特許請求の範囲第１５
    項記載によるレーザ装置。
  17. （１７）偏光形状および入射角を持つ単色放射線の入射
    ビームを反射する偏光維持反射器であって、基板と、 前記基板に隣接して置かれ、ある厚さを有する強反射層
    と、 １つが前記強反射層に隣接して置かれ、１つが高屈折率
    を持ちかつもう１つが低屈折率を持ち、前記各屈折率層
    がある厚さを有する、少なくとも２つの薄膜光学層であ
    り、それによって前記反射層の前記厚さおよび前記各薄
    膜光学層の前記厚さは前記入射偏光形状を維持するとと
    もに約４０°から７５°までの前記入射角の広い範囲で
    前記偏光維持反射器からの前記ビームの反射時に高い反
    射率を作る、前記少なくとも２つの薄膜光学層と、を含
    むことを特徴とする偏光維持反射器。
  18. （１８）前記屈折率層は誘電物質を含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第１７項記載による偏光維持反射器。
  19. （１９）前記強反射層は金属物質を含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第１８項記載による偏光維持反射器。
  20. （２０）前記高屈折率層はＧ＿ｅを含み、かつ前記低屈
    折率層はＴ＿ｈＦ＿４を含む、ことを特徴とする特許請
    求の範囲第１９項記載による偏光維持反射器。
  21. （２１）前記強反射層は銀を含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第２０項記載による偏光維持反射器。
  22. （２２）前記光源によって発生された熱を消失させるた
    めに前記基板に隣接して置かれた冷却ボデーをさらに含
    む、ことを特徴とする特許請求の範囲第２１項記載によ
    る偏光維持反射器。
  23. （２３）単色放射線の入射ビームの偏光形状を維持する
    方法であって、 基板を提供する段階と、 前記基板に隣接した強反射層を提供する段階と、１つが
    前記強反射層に隣接して置かれ、１つが高屈折率を持ち
    かつもう１つが低屈折率を持つ、少なくとも２つの薄膜
    光学層を提供する段階であり、それによって前記入射偏
    光の形状が前記屈折層からの反射時に維持される前記少
    なくとも２つの薄膜光学層を提供する段階と、 を含むことを特徴とする方法。
  24. （２４）下記関数の形が利用され、 （Ｒ＿ｐ、Ｒ＿ｓ、Δ）＝ｆ（φ、λ、Ｎ＿ｊ、ｄ＿ｉ
    ）、ｉ＝１、２；ｊ＝０、１、２ただしＲ＿ｐ＝装置の
    「ｐ」偏光反射率、 Ｒ＿ｓ＝装置の「ｓ」偏光反射率、 Δ＝偏光間の所望相対移相、 φ＝入射ビームの入射角、 λ＝ビームの波長、 Ｎ＿ｊ＝周囲の、前記反射層または前記屈折層のいずれ
    かの屈折率、 ｄ＿ｉ＝前記反射層または前記屈折層のいずれかの厚さ
    、 であることを特徴とする特許請求の範囲第２３項記載に
    よる方法。
  25. （２５）前記入射偏光の形状は０°から７５°までの範
    囲の前記入射角について維持される、ことを特徴とする
    特許請求の範囲第２４項記載による方法。
  26. （２６）高反射率は０°から７５°までの範囲の前記入
    射角について維持される、ことを特徴とする特許請求の
    範囲第２４項記載による方法。
  27. （２７）前記屈折率層は誘電物質を含む、ことを特徴と
    する特許請求の範囲第２５項または第２６項記載による
    方法。
  28. （２８）前記強反射層は金属物質を含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第２７項記載による方法。
  29. （２９）前記高屈折率層はＧ＿ｅを含み、前記低屈折率
    層はＴ＿ｈＦ＿４を含む、特許請求の範囲第２８項記載
    による方法。
  30. （３０）前記強反射層は銀を含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第２９項記載による方法。
  31. （３１）前記光源によって発生された熱の消失を提供す
    る段階をさらに含む、ことを特徴とする特許請求の範囲
    第３０項記載による方法。
  32. （３２）偏光形状を持ちかつ入射角で当たる単色放射線
    の入射ビームを反射する、角度に敏感でない偏光維持反
    射器であって、 基板と、 前記基板に隣接して置かれた強反射層と、 １つが前記強反射層に隣接して置かれ、１つが高屈折率
    を持ちかつもう１つが低屈折率を持ち、前記入射角にか
    かわらずそれからの反射時に前記入射偏光形状を維持す
    る、少なくとも２つの薄膜光学層と、 を含むことを特徴とする角度に敏感でない偏光維持反射
    器。
  33. （３３）前記反射器は下記関数の形を利用して設計され
    、 （Ｒ＿ｐ、Ｒ＿ｓ、Δ）＝ｆ（φ、λ、Ｎ＿ｊ、ｄ＿ｉ
    ）、ｉ＝１、２；ｊ＝０、１、２ただしＲ＿ｐ＝装置の
    「ｐ」偏光反射率、 Ｒ＝装置の「ｓ」偏光反射率、 Δ＝偏光間の所望相対移相、 φ＝入射ビームの入射角、 λ＝ビームの波長、 Ｎ＿ｊ＝周囲の、前記反射層または前記屈折層のいずれ
    かの屈折率、 ｄ＿ｉ＝前記反射層または前記屈折層のいずれかの厚さ
    、 であることを特徴とする特許請求の範囲第３２項記載に
    よる角度に敏感でない偏光維持反射器。
  34. （３４）前記入射偏光の形状は０°から７５°までの範
    囲の前記入射角について維持される、ことを特徴とする
    特許請求の範囲第３３項記載による角度に敏感でない偏
    光維持反射器。
  35. （３５）前記高反射率は０°から７５°までの範囲の前
    記入射角について維持される、ことを特徴とする特許請
    求の範囲第３３項または第３４項記載による角度に敏感
    でない偏光維持反射器。
  36. （３６）前記屈折率層は誘電物質を含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第３５項記載による角度に敏感でない
    偏光維持反射器。
  37. （３７）前記強反射層は金属物質を含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第３６項記載による角度に敏感でない
    偏光維持反射器。
  38. （３８）前記高屈折率層はＧ＿ｅを含み、前記低屈折率
    層はＴ＿ｈＦ＿４を含む、ことを特徴とする特許請求の
    範囲第３７項記載による角度に敏感でない偏光維持反射
    器。
  39. （３９）前記強反射層は銀を含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第３８項記載による角度に敏感でない偏光維
    持反射器。
  40. （４０）前記光源によって発生された熱を消失させるた
    めに前記基板に隣接して置かれた冷却ボデーをさらに含
    む、ことを特徴とする特許請求の範囲第３９項記載によ
    る角度に敏感でない偏光維持反射器。
  41. （４１）レーザ装置であって、 偏光形状を持ちかつ入射角で当たる単色放射線のビーム
    を発生させるレーザ源と、 前記ビームを反射する角度に敏感でない偏光維持反射器
    であり、 基板と、 前記基板に隣接して置かれた強反射層と、 １つが前記強反射層に隣接して置かれ、１つが高屈折率
    を持ちかつもう１つが低屈折率を持ち、前記入射角にか
    かわらず前記入射偏光形状を維持する、少なくとも２つ
    の薄膜光学層と、 を含む偏光維持反射器と、 を有することを特徴とするレーザ装置。
  42. （４２）前記角度に敏感でない偏光維持反射器は下記関
    数の形を利用して設計され、 （Ｒ＿ｐ、Ｒ＿ｓ、Δ）＝ｆ（φ、λ、Ｎ＿ｊ、ｄ＿ｉ
    ）、ｉ＝１、２；ｊ＝０、１、２ただしＲ＿ｐ＝装置の
    「ｐ」偏光反射率、 Ｒ＿ｓ＝装置の「ｓ」偏光反射率、 Δ＝偏光間の所望相対移相、 φ＝入射ビームの入射角、 λ＝ビームの波長、 Ｎ＿ｊ＝周囲の、前記反射層または前記屈折層のいずれ
    かの屈折率、 ｄ＿ｉ＝前記反射層または前記屈折層のいずれかの厚さ
    、 であることを特徴とする特許請求の範囲第４１項記載に
    よるレーザ装置。
  43. （４３）前記角度に敏感でない偏光維持反射器は０°か
    ら７５°までの範囲の前記入射角で前記入射偏光形状を
    維持し得る、ことを特徴とする特許請求の範囲第４２項
    記載によるレーザ装置。
  44. （４４）前記角度に敏感でない偏光維持反射器は０°か
    ら７５°までの範囲の前記入射角で前記高反射率を維持
    し得る、ことを特徴とする特許請求の範囲第４２項また
    は第４３項記載によるレーザ装置。
  45. （４５）前記装置は少なくとも１つの前記角度に敏感で
    ない偏光維持反射器を使用することによって有効な働き
    をし得る、ことを特徴とする特許請求の範囲第４４項記
    載によるレーザ装置。
  46. （４６）前記屈折率層は誘電物質を含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第４５項記載によるレーザ装置。
  47. （４７）前記強反射層は金属物質を含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第４６項記載によるレーザ装置。
  48. （４８）前記高屈折率層はＧ＿ｅを含み、また前記低屈
    折率層はＴ＿ｈＦ＿４を含む、ことを特徴とする特許請
    求の範囲第４７項記載によるレーザ装置。
  49. （４９）前記強反射層は銀を含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第４８項記載によるレーザ装置。
  50. （５０）前記偏光維持反射器は前記光源によって発生さ
    れた熱を消失させるために前記基板に隣接して置かれた
    冷却ボデーをさらに含む、ことを特徴とする特許請求の
    範囲第４９項記載によるレーザ装置。
  51. （５１）前記レーザ源は二酸化炭素レーザであることを
    特徴とする特許請求の範囲第５０項記載によるレーザ装
    置。
  52. （５２）前記装置は少なくとも１００ワットでエネルギ
    ーを発生し得ることを特徴とする特許請求の範囲第５１
    項記載によるレーザ装置。
  53. （５３）偏光形状を持つ単色放射線の入射ビームを反射
    ・集束する集束偏光維持反射器であって、曲率半径を持
    つ基板であり、それによって一端が焦点である焦点距離
    を形成する前記基板と、前記基板に隣接して置かれ、前
    記曲率半径を持つ強反射層と、 １つが前記強反射層に隣接して置かれて前記曲率半径を
    持ち、１つが高屈折率を持ちかつもう１つが低屈折率を
    持ち、前記入射偏光形状を維持するとともに前記反射ビ
    ームを前記焦点に集束する、少なくとも２つの薄膜光学
    層と、 を含むことを特徴とする集束偏光維持反射器。
  54. （５４）前記反射器は下記関数の形を利用して設計され
    、 （Ｒ＿ｐ、Ｒ＿ｓ、Δ）＝ｆ（φ、λ、Ｎ＿ｊ、ｄ＿ｉ
    ）、ｉ＝１、２；ｊ＝０、１、２ただしＲ＿ｐ＝装置の
    「ｐ」偏光反射率、 Ｒ＿ｓ＝装置の「ｓ」偏光反射率、 Δ＝偏光間の所望相対移相、 φ＝入射ビームの入射角、 λ＝ビームの波長、 Ｎ＿ｊ＝周囲の、前記反射層または前記屈折層のいずれ
    かの屈折率、 ｄ＿ｉ＝前記反射層または前記屈折層のいずれかの厚さ
    、 であることを特徴とする特許請求の範囲第５３項記載に
    よる集束偏光維持反射器。
  55. （５５）前記反射器はコリメーションを行い得ることを
    特徴とする特許請求の範囲第５４項記載による集束偏光
    維持反射器。
  56. （５６）前記入射偏光形状は前記入射角で維持されるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第５５項記載による集束
    偏光維持反射器。
  57. （５７）前記強反射率は前記入射角で維持されることを
    特徴とする特許請求の範囲第５５項または第５６項記載
    による集束偏光維持反射器。
  58. （５８）前記屈折率層は誘電物質を含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第５７項記載による集束偏光維持反射
    器。
  59. （５９）前記強反射層は金属物質を含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第５８項記載による集束偏光維持反射
    器。
  60. （６０）前記高屈折率層はＧ＿ｅを含み、また前記低屈
    折率層はＴ＿ｈＦ＿４を含む、ことを特徴とする特許請
    求の範囲第５９項記載による集束偏光維持反射器。
  61. （６１）前記強反射層は銀を含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第６０項記載による集束偏光維持反射器。
  62. （６２）前記光源によって発生される熱を消失させるた
    めに前記基板に隣接して置かれる冷却ボデーをさらに含
    む、ことを特徴とする特許請求の範囲第６１項記載によ
    る集束偏光維持反射器。
  63. （６３）レーザ装置であって、 偏光形状を持つ単色放射線のビームを発生させるレーザ
    源と、 前記ビームを反射・集束する集束偏光維持反射器であり
    、 曲率半径を持ち、一端が焦点である焦点距離を形成する
    基板と、 前記基板に隣接して置かれ、前記曲率半径を持つ強反射
    層と、 １つが前記強反射層に隣接して置かれ、前記曲率半径を
    持ち、１つが高屈折率を持ちかつもう１つが低屈折率を
    持ち、前記ビームを前記焦点に反射・集束するとき前記
    入射偏光形状を維持する、少なくとも２つの薄膜光学層
    と、 を含む集束偏光維持反射器と、 を有することを特徴とするレーザ装置。
  64. （６４）前記集束偏光維持反射器は下記関数の形を利用
    して設計され、 （Ｒ＿ｐ、Ｒ＿ｓ、Δ）＝ｆ（φ、λ、Ｎ＿ｊ、ｄ＿ｉ
    ）、ｉ＝１、２；ｊ＝０、１、２ただしＲ＿ｐ＝装置の
    「ｐ」偏光反射率、 Ｒ＿ｓ＝装置の「ｓ」偏光反射率、 Δ＝偏光間の所望相対移相、 φ＝入射ビームの入射角、 λ＝ビームの波長、 Ｎ＿ｊ＝周囲の前記反射層または前記屈折層のいずれか
    の屈折率、 ｄ＿ｉ＝前記反射層または前記屈折層のいずれかの厚さ
    、 であることを特徴とする特許請求の範囲第６３項記載に
    よるレーザ装置。
  65. （６５）前記集束偏光維持反射器はコリメーションを行
    い得ることを特徴とする特許請求の範囲第６４項記載に
    よるレーザ装置。
  66. （６６）前記集束偏光維持反射器は前記入射角で前記入
    射偏光形状を維持し得る、ことを特徴とする特許請求の
    範囲第６５項記載によるレーザ装置。
  67. （６７）前記集束偏光維持反射器は前記入射角で高反射
    率を維持し得る、ことを特徴とする特許請求の範囲第６
    ５項または第６６項記載によるレーザ装置。
  68. （６８）前記屈折率層は誘電物質を含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第６７項記載によるレーザ装置。
  69. （６９）前記強反射層は金属物質を含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第６８項記載によるレーザ装置。
  70. （７０）前記高屈折率層はＧ＿ｅを含み、また前記低屈
    折率層はＴ＿ｈＦ＿４を含む、ことを特徴とする特許請
    求の範囲第６９項記載によるレーザ装置。
  71. （７１）前記強反射層は銀を含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第７０項記載によるレーザ装置。
  72. （７２）前記集束偏光維持反射器は前記光源によって発
    生された熱を消失させるために前記基板に隣接して置か
    れた冷却ボデーをさらに含む、ことを特徴とする特許請
    求の範囲第７１項記載によるレーザ装置。
  73. （７３）前記レーザ源は二酸化炭素レーザであることを
    特徴とする特許請求の範囲第７２項記載によるレーザ装
    置。
  74. （７４）前記装置は少なくとも１００ワットでエネルギ
    ーを発生し得る、ことを特徴とする特許請求の範囲第７
    ３項記載によるレーザ装置。
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