DE2449312B2 - Schmalbandiges interferenzfilter - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Interferenzfilter, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist.

Bei der optischen Nachrichtenübertragung mit geführten Wellen soll die Rückwirkung des Ausganges einer Nachrichtenstrecke auf deren Eingang möglichst gering sein, um Störungen des ganzen Systems möglichst klein zu halten. Ist in einem optischen Nachrichtenübertragungssystem ein schmalbandiges Interferenzfilter angeordnet, so dürfen die Lichtsignale nicht an diesem Filter zum Anfang der Leitung reflektiert werden.

Aus dem Buch H. A. M a c 1 c ο d »Thin Film Optical Filters« (1969) London sind nahezu reflexionsfreie Interferenzfilter bekannt. Diese bekannten Filter sind aus dielektrischen Schichten auf einem Substrat aufgebaut, wobei zwischen den Schichten zusätzliche dielektrische Anpassungsschichten eingefügt sind, die im allgemeinen sowohl zwischen dem Filterschichtsystem und dem Substrat als auch zwischen dem Filterschichtsystem und dem Medium, aus dem die Strahlung einfällt, angebracht sind. Dies entspricht praktisch einer Vergütung des gesamten Filterschichtsystems. Da ein derartig angepaßtes Interferenzfilter nur aus dielektrischen nichtabsorbierenden Schichten besteht, verhält es sich in seinen optischen Eigenschaften symmetrisch, d. h. ein auf das Filter fallender lichtstrahl wird nicht reflektiert, unabhängig davon, von »elcher Seite der Lichtstrahl auf das Filter fällt, d.h. dieses Filter weist eine beidseitig verschwindende Reflexion auf.

Auf Seite 25 dieses Buches ist beschrieben, daß Filter, •reiche Absorptionsschichten enthalten, im allgemeinen bezüglich ihrer Reflexion asymmetrisch sind, d. h. ein lichtstrahl wird verschieden stark reflektiert, je nach <em von welcher Seite der Lichtstrahl auf das Filter ♦infällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schmalbandiges Interferenzfilter mit einseitig verschwindender Reflexion anzugeben, wobei unter einseitig verschwindender Reflexion verstanden wird, daß ein von einer Seite auf das Filter einfallender Lichtstrahl nicht reflektiert ein von der anderen Seite des Filters einfallender Lichtstrahl dagegen teilweise reflektiert

Diese Aufgabe wird durch ein Interferenzfilter der eingangs genannten Art gelöst, welches erfindungsgemäß die Merkmale des Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufweist.

Dieses erfindungsgemäße Filter transmittiert ankommende Lichtsignale nur mit einem sehr schmalen Frequenzband. Beim Durchlaufen der Lichtsignale durch das Filter in der einen Richtung quer durch den Schichtaufbau tritt keine Reflexion auf. in der entgegengesetzten Richtung ist jedoch eine Reflexionskomponente der Lichtsignale vorhanden.

Vorteilhafterweise laßt sich das erfindungsgemäße Interferenzfilter in optischen Resonatoren von Lasern verwenden. Bringt man nämlich ein derartiges Interferenzfilter zwischen die beiden Spiegel eines optischen Resonators, so erhält man wegen der einseitig verschwindenden Reflexion nur einen zusätzlichen Teilrcionator. Der Gesarntresonator und der Teilresonator sind dann unabhängig voneinander abstimmbar.

Einzelheiten werden anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung in der Figurenbeschreibung näher erläutert.

Die Fig. t zeigt ein erfindungsgemäßes interferenzfilter und F i g. 2 einen Resonator mit einem Interferenzfilter.

In der Fig. 1 ist ein schmalbandiges Interferenzfilter dargestellt, welches man durch Einfügen von Metallschichten Maus dem bekannten Schichtenaufbau S(UL) ²HLL (HL) ²HA eines dielektrischen lnterferenzlihers erhält. In diesem Schichtenaufbau bedeutet die Schichtfolge (HL) ²H jeweils eine Wechselspiegelschicht und die Schichtfolge LL ein Abstandsstück. Die Metallschichten M werden hier jeweils in jeder Wechselspiegelschicht und zwischen jede Wechselspiegelschicht und der Abstandsschicht eingefügt, so daß man die Schichtenfolge 1 (SHL HML HMLL MHL MHL HA) erhält. Werden als Materialien für das Substrat 5 Glas mit einem Brechungsindex von etwa 1,5. für die hochbrechende Schicht WZnS, für die niedrigbrechende Schicht L MgF2, für die Metallschichten M Aluminium und für das Medium A, aus welchem die Strahlung auf das Schichtsystem auftrifft, Luft verwendet, so erhält man im Fall optischer Sehichtdickcn von etwa 212,5 nm für Hund L und geometrischer Schichtdicken von etwa 10 nm für M bei Lichtsignalen mit einer Wellenlänge von etwa 885 nm ein Transmissionsmaximum von 56% und eine praktisch verschwindende Reflexion für eine Lichtrichtung gemäß dem Pfeil 2, wenn die Rückseite der Schichtanordnung 1 eine Vergütungsschicht 3 aufweist.

Durchläuft das Licht die Schichtanordnung gemäß Pfeil 4, so beträgt da:s Reflexionsvermögen 5% bei Lichtsignalen mit der Wellenlänge 885 nm. Das Filter weist also einseitig verschwindende Reflexion auf.

Die Halbwertsbreite der Transmissionskurve unterscheidet sich nur geringfügig von dem obengenannten bekannten Schichtaufbau.

In der F i g. 2 ist eine Laseranordnung dargestellt, welche aus den beiden Resonatorspiegeln 5 und 6 und dem aktiven Medium 7 besteht. Die beiden Rcsonatorspiegel 5 und 6 bilder den Gesanuresonator 8 des

Lasers. Bringt man nun innerhalb dieses Gesamtresonators das erfindungsgemäße schmalbandige Interferenzfilter 9 an, so erhält man einen Teilresonator 10, der aus dem Resonaiorspiegel 5 und dem Interferenzfilter 9 gebildet ist. Das Interferenzfilter 9 ist so aufgebaut und im Gesamtresonator 8 angeordnet, daß für Licht, das von rechts auf das Filter 9 auffällt, die Reflexion verschv indet, und für das Licht, das von links auf das Filter auffällt, ein Teil dieses Lichtes reflektiert wird. Auf diese Weise erhält man einen ersten Strahlenverbuf zwischen den Resonatorspiegeln 5 und 6 und einen zweiten Strahlenverlauf /wischen dem Resonatorspiegel 5 und dem Interferenzfilter 9. wie dies sehematisch in der Fi g. 2 dargestellt ist.

Durch Vorgabe der Abstände der einzelnen Bauelemente 5, 6 und 9 zueinander lassen sich der Gesamtresonator 8 und der Teilresonator 10 unabhängig voneinander abstimmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schmalbandiges Interferenzfilter, insbesondere Resonatorspiegel, mit mehreren auf einem Substrat schichtweise hintereinander angeordneten W^chselspiegelschichten mit einem Aufbau HL HLH, mit zwischen diesen Wechselspiegelschichten Abstandsschichten LL und mit absorbierenden Metallschichten M, wobei H hochbrechende und L niedrigbrechende Schichten gleicher optischer Dicke sind, dadurch gekennzeichnet, daß Luft/HL HML H MLLM H LMH LH/Substrat als Schichtenfolge vorgesehen ist, wobei das Substrat auf seiner freien Seite eine Vergütungsschicht (3) aufweist, daß das Substrat einen Brechungsindex von ca. 1,5, die hochbrechenden Schichten einen Brechungsindex von ca. 2,35 und die niedrigbrechenden Schichten einen Brechungsindex von ca, 1,38 besitzen, daß die Schichten jeweils eine optische Dicke von ca. 212,5 nm besitzen, und daß die Metallschichten aus Aluminium bestehen und eine geometrische Dicke von ca. 10 nm aufweisen.

2. Interferenzfilter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die hochbrechenden Schichten aus Zinksulfid (ZnS) und die niedrigbrechenden Schichten aus Magncsiumfiuorid(MgF2) bestehen.