DE2443511A1 - Schmalbandiger reflexionspolarisator - Google Patents
Schmalbandiger reflexionspolarisatorInfo
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Description
AKTIENGESELLSCHAFT München,11.9.1974
Berlin und München . Wittelsbacherplatz 2
VPA 74/7169
Schmalbandiger Reflexionspolarisator
Die Erfindung betrifft einen schmalbandi'gen Reflexionspolarisator
aus dielektrischen Vielfachschichten für unpolarisierte unter dem Winkel θ0 aus einem Medium mit dem
Brechungsindex n. mit einer Wellenlänge ~X -, einfallende
elektromagnetische Strahlung im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich, bestehend aus einem Substrat
mit dem Brechungsindex η und mindestens zwei aufgedampften
Schichten aus abwechselnd hochbrechendem (nH) und niedrigbrechendem
(nL) Material, wobei alle hoch- und niedrigbrechenden Schichten die gleiche effektive optische Schichtdicke
aufweisen, die gleich einem ungeraden ganzzahligen Vielfachen von ^1/4 sind, für die Brechungsindexstrukturen
ns (n^, n2) nQ oder nQ (n^ . n2) n^ nQ mit nQ = nA und
n^, n2 = Brechungsindizes der ersten bzw. der zweiten an
das Medium anschließenden SchichtenjWobei die reflektierte
Strahlung parallel oder senkrecht zur Einfallsebene polarisiert ist.
Im Hauptpatent . . , (P 2 252 826, VPA 72/7136) ist
ein Reflexionspolarisator beschrieben, bei dem aus einer unpolarisierten einfallenden Strahlung nicht nur die
parallele^ sondern auch wahlweise die senkrecht zur Einfallsebene
polarisierte Komponente schmalbandig unterdrückt wird.
VPA 9 / 710/4084b
WR/Hth
WR/Hth
609813/0861
Dort ist das obengenannte Vielfachschichtsystem in allgemeiner
Form für Reflexionspolarisatoren beschrieben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Reflexions·^
polarisatoren in integriert-optische Vtellenleiterstrukturen
einzubauen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein Vielfachschichtsystem mit einer auf einem
Substrat angeordneten Wellenleiterschicht verbunden ist, derart, daß die in der Wellenleiterschicht geführten
Lichtstrahlen in das (die) Vielfachschichtsystem(e) eingekpppelt
und nach Durchlaufen des Vielfachschichtsysteras mindestens ein Teil der Lichtstrahlen in die Wellenleiterschicht
zurückgekoppelt v/erden.
Alle im Hauptpatent * ·. (P 2 252 826) angeführten
Besiehungen lassen sich beim Einbau des Vielfachschichtsystems
in die integriert-optischen Strukturen übernehmen.
Ist das Vielfachschichtsystem insbesondere direkt auf der
Wellenleiterschicht angeordnet, so muß der effektive Brechungsindex
der in der ¥ellenleiterschicht geführten Moden kleiner als ru und n2 sein, damit das in der Wellenleiterschicht
herangeführte unpolarisierte Licht durch Leckwellenleitung in das Vielfachschichtsystem eingekoppelt
wird. Hier wird je nach dessen Aufbau wahlweise die parallel
oder senkrecht zur Einfallsebene polarisierte Komponente des Lichtes durch Reflexionen in die Wellenleiterschicht
zurück.und hier weitergeführt,während die entgegengesetzte
Komponente vorteilhafterweise in einen an das Vielfachschichtsystem angrenzenden Absorber oder Glasquader mit
streuendeaOberflächen oder mit das Licht nach außen brechenden
Oberflächen gelangt. Dadurch wird sichergestellt, d3ß
die den Absorber oder den Glasquader durchlaufenden uner-Viünschten
Komponenten des Lichtes nicht über das Vielfachschichtsystem in die Wellenleiterschicht zurückgelangen.
VPA 9 / 710/408/4b -3-
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Ein alternativer integriert-optischer Aufbau des schrnalbandigen
Reflexionspolarisators wird insbesondere dadurch gewonnen, daß auf eier Wellenleiterschicht ein symmetrisches
Prisma mit einer zur Wellenleiterschicht parallelen Basisfläche und daß mindestens auf der einen Seitenfläche des
Prismas ein Vielfachschichtsystem angeordnet ist. Das
Prisma wirkt sowohl als Aus- als auch als Einkoppelelement, wenn das Prisma symmetrisch ist, so daß der Einkoppelwinkel
gleich dem Auskoppelwinkel ist.
Ein Aufbau mit je einem Vielfachschichtsystem auf beiden
Seitenflächen de8 Prismas ergibt eine höhere Effizienz der
Polarisations- und der spektralselektiven Wirkung.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung des Prismas ergibt sich
wenn seine Flächeiiwinkel so gewählt werden-, daß das auf eine
mit dem Vielfachschichtsystem versehene Seitenfläche auftreffende Licht in sich reflektiert wird und in der wellenleitenden
Schicht entgegen der ankommenden Richtung zurückgeführt wird.
Ein weiterer integriert optischer Aufbau des schmalbandigen Reflektionspolarisators, bei welchem das Koppelprisma eingespart
und auf besondere Brechungsindexunterschiede zwischen der Wellenleiterschicht und der ersten an diese angrenzende
Schicht des Vielfachschichtsystems keine Rücksicht genommen werden braucht, besteht insbesondere daran, daß zwischen
dem Substrat und dem Vielfachschichtsystem ein Beugungsgitter angeordnet ist. Auf dieses kann direkt das Vielfachschichtsystem
aufgebracht werden. Hier wird das in der Wellenleiterschicht ankommende Licht an jedem Ort des Gitters in das
Vielfachschichtsystem und aus diesem in die Wellenleiterschicht surückgekoppelt. Da das Licht in der unter dem
Gitter vorliegenden Strecke der Wellenleiterschicht mehrmals vom Vielfachschichtsystem beeinflußt wird, wirkt dieser
Reflexionspolarisator mehrmals auf die Lichtwellen ein.
In allen obengenannten Aufbauten wird allerdings ein Bruchteil
eines in der Wellenleiter schicht herangeführten Lichtes
ohne Einkopplung in das Vielfachscbichtsystem in der Wellenleiterschicht
unbeeinflußt weitergeführt.
•7,-... Q / /,u^Abt^ BAD ORIGINAL ~Ll~
Um dies zu vermeiden,wird die Wellenleiterschicht mit
einem darüber- angeordneten Bragg-Gitter vorteilhafterv/eise durch eine Trennschicht unterbrochen. Damit Lichtanteile
nach ihrer Reflexion am Vielfachschichtsystem nicht auf diese Trennschicht gelangen und so verloren
gehen, ist zwischen dem Bragg-Gitter und dem Vielfachschichtsystem
ein Abstandsstück angeordnet.
Wählt man als Material dieses Abstandsstü'ckes einen Modulatorkristall,
dann lassen sich die diesen Kristall durchlaufenden Lichtwellen obendrein noch modulieren.
Bei allen genannten Varianten der Erfindung ist das in der Wellenleiterschicht weitergeführte Licht nicht nur polarisier^
sondern auch spektralseiektiv gefiltert.
Die Erfindung wird anhand von Auführungsbeispielen in der
Figurenbeschreibung näher erläutert.
Die Figuren 1 bis 4 zeigen schematisch Schnitte durch integriert-optische
Strukturen von schmalbandigen Reflexionspolarisatoren.
In der Figur 1 ist auf einem Substrat aus Glas eine dielektrische Wellenleiterschicht 2 mit einem Brechungsindex n.
aufgebracht. Eine von links herangeführte Lichtwelle wird in ein Vielfachschicht syst em J3 durch Leckwellenleitung ein-·
gekoppelt. Die Brechungsindiises der Vielfachschicht sind größer
als die effektiven Brechungsindises der im Wellenleiter geführten Moden. Das Vielfachschichtsystem 3 besitzt einen
solchen Aufbau, daß das in diesem verlaufende. Licht zum
Teil in die Wellenleiterschicht 2 zurückgekoppelt, zum Teil in den Absorber 5 aus einem hoch absorbierenden Glas gelangt.
Die an die äußeren mattierten Oberflächen des Absorbers 5 gelangenden Strahlanteile werden hier nach außen gestreut
oder gebrochen. Der in die Weilenleitersehicht 2 zurückgekoppelte
und dort weitergeführte Lichtanteil ist polarisiert und spektralselektiv gefiltert.
VPA 9 / 71O/40S4b bad 0RlQ|NAL
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In der Figur 2 ist auf dem Substrat 1 die Wellenleiterschicht 2 angeordnet und auf dieser ein symmetrisches
Prisma 6 mit solchen Flächenwinkeln angeordnet, daß der eingezeichnete Strahlenverlauf entsteht. Auf den Seitenflächen
des Prismas ist je ein Vielfachschichtsystem
8 und 9 angeordnet. Wenn beide den gleichen Aufbau besitzen, wird der in sie hineingebrochene Lichtstrahl im
gleichen Sinne , also effektiver als mit nur einem Vielfachschichtsystem beeinflußt. Das in der Wellenleiterschicht
2 zurückgekoppelte Licht wird nach rechts v/eitergeführt.
In der Figur 3 ist auf das Substrat 1 wieder die Wellenleiterschicht
2 und auf dieser entlang einer vorgegebenen Strecke ein Beugungsgitter 10 angeordnet. Dieses bev/irkt für einen
unter dem Beugungsgitter 10 in der Wellenleitersch5.cht 2 verlaufenden Lichtstrahl eine Einkopplung in das über dem
Beugungsgitter 10 angeordneten Vielfachschichtsystem 11 und nach der Reflexion des Lichtstrahls in diesem Vielfechschichtsystem
eine Rückkopplung in die Wellenleiterschicht 2. Je langer die Fläche ist, welche von dem Beugungsgitter und
dem darüber liegenden Vielfachschichtsystem überdeckt wird, desto öfter wird das unter dem Beugungsgitter verlaufende
Licht in das Vielfachschichtsystem übergekoppelt und desto vollständiger wird die Beeinflussung des Lichtes durch das
Vielfachschichtsystem.
In der Figur 4 ist auf 4em Substrat. 1 eine durch eine Trennschicht
12 unterbrochene Wellenleiterschicht 13 angeordnet. Auf dieser ist ein z.B. holografisch in einem Fotolack erzeugtes
Bragg-Gitter 14 aufgebracht, welches durch die gleiche Trennschicht 12 unterbrochen ist. Auf diesem Bragg-Gitter
ist ein Abstandsstück 15 aus einem Modulatorkristall angeordnet, auf welchem das Vielfachschichtsystem 16 aufgebracht
ist. Das in der Wellenleiterschicht von links herangeführte Licht wird über das Bragg-Gitter in das Abstandsstück 15 eingekoppelt und anschließend im Vielfachschi ent syst era 16 beeinflußt.
Der erwünschte Strahlenanteil durchläuft das Abstandsstück und wird hier durch Anlegen einer Spannung an
die Elektroden 17 und 18 moduliert. Durch das rechts gezeichnete Bragg-Gitter 14 wird dieser Strahlenanteil in den
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VPA 9 / 710/4084b BAD ORIGINAL -o-
VPA 9 / 710/4084b BAD ORIGINAL -o-
rechts dargestellten Teil des Wellenleiters 13 eingekoppelt
und in diesem nach rechts weitergeführt. Zur Erzielung hoher Aus- und Einkoppelwirkungsgrade sind die Gitterebenen des
Brsgg-Gitters so geneigt, da 13 die Bragg-Bedingungen und. die
Pnssenanpassbedingangen optimal erfüllt v/erden. Der unerwünschte
StrafeXanteil wird gemäß dem Pfeil 19 nach Außen
abgestrahlt.
Anstelle der Bragg-Gitter können auch einfachere Phasenoder
Amplitudengitter verwendet werden.
Das Yielfachschichtsystem 16 bewirkt hier wie in allen
anderen Varianten der Erfindung in Abhängigkeit von einem speziellen Aufbau eine frequenzselektiv© Filterimg, eine
Polarisationsfilterung, eine Strahlteiling oder vollständige
baw« teilweise Reflexion.
6 Patentansprüche
4 Figuren
4 Figuren
BAD 609813/ 08 R1
Claims (1)
- r?P a t e η t a nsprüchef1 J Schmalbandiger Reflexionspolarisator aus dielektrischen Vielfachschichten für unpolarisierte unter dem Winkel Θο aus einem Medium mit dem Brechungsindex n^ mit einer Wellenlänge } -, einfallende elektromagnetische Strahlung im ultravioletten, sichtbaren oder infrarotem SpektraI-bereich, bestehend aus einem Substrat mit dem Brechungsindex n_ und mindestens zwei aufgedampften Schichten aus abwechselnd hochbrechendem (n^) und niedrigbrechendem (nj) Material, wobei alle hoch- und niedrigbrechenäan Schichten die gleiche effektive optische Schichtdicke aufweisen, die gleich einem ungeraden ganzsshligen Vielfachen von 3 1/4 sind, für die Brechungsindexstruktur· n2) k n0 oder ng Cn1, n2) k ^n0 mit O0 ~ nng (Ei1, n2) n0 oder ng Cn1, n2) ^n0 mit O0 nA und n,,, lip = Brechungsindizes der ersten bzw. zweiten an das Medium, anschließenden Schichten, wobei die reflektierte Strahlung parallel oder senkrecht zur Einfslls-ebene polarisiert ist nach Patent; c ,.. (P 2 252 826,VPA 72/713o) dadurch ^gkgnn^eäjAnxrbfdaß mindestens ein Vielfachsohichtsystem mit einer auf einem Substrat angeordneten Wellenleiterschicht verbunden ist derart, daß das in der Wellenleiterschicht geführte Licht in das (die) Vielfachschichtsystem(e) eingekoppelt und nach Durchlaufen des Vielfachschichtsystems anschließend mindestens ein Teil des Lichtes in die Wellenleiterschicht zur-ückgekoppelt wird.2. Schmalbandiger Reflexionspolarisator nach Anspruch 1, dadurch ßgkemi^ichnet, daß auf der Wellenleiterschicht ein Vielfachschichtsystem und auf diesem ein Absorber oder ein Glasquader mit streuenden Oberflächen oder mit das Licht nach außen brechenden Oberflächen.angeordnet istjwobei die Brechungsindizes der Viclfachschicht größer sind als die effektiven Brechungsindizes der zu beeinflußenden Moden des Wellenleiters.609813/0861 BAD ORIG1NAL■Β··Schmalbandiger Reflexionspolarisator nach Anspruch 1, dadurch ffekenngeichnet, daß auf der Wellenleiterschicht ein symmetrisches Prisma mit einer zur Wellenleiterschicht parallelen Basisfläche und daß mindestens auf der einen Seitenfläche des Prismas ein Vielfachschichtsystem angeordnet ist.4. Schmalbandiger Reflexionspolarisator nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Substrat und dem Yielfachschichtsystem ein Beugungsgitter angeordnet ist.5. Schmalbandiger Reflexionspolarisator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiterschient und das Beugungsgitter durch eine Trennschicht unterbrochen sind und daß zwischen dem Beugungsgitter und dem Yielfachschichtsystem ein Abstandsstück angeordnet ist«6« Schmalbandiger Reflexionspolarisator nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichn.et, daß das Abstandsstück ein Modulatorkristall ist.609813/0861Le e rs eite
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DE2443511A1 true DE2443511A1 (de) | 1976-03-25 |
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ID=5925467
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