Dielektrischer Spiegel - Dielectric mirror

Ein dielektrischer Infrarotspiegel in einer Spiegelhalterung

Ein dielektrischer Spiegel , die auch als ein bekannter Bragg - Spiegel , ist eine Art von Spiegel aus mehreren zusammengesetzt dünnen Schichten aus dielektrischem Material, typischerweise auf einem Substrat aus abgeschiedenen Glas oder ein anderen optischen Material. Durch sorgfältige Auswahl des Typs und der Dicke der dielektrischen Schichten kann eine optische Beschichtung mit spezifiziertem Reflexionsvermögen bei verschiedenen Wellenlängen des Lichts entworfen werden . Dielektrische Spiegel werden auch zur Herstellung von Spiegeln mit ultrahohem Reflexionsvermögen verwendet: Werte von 99,999% oder besser über einen engen Wellenlängenbereich können unter Verwendung spezieller Techniken erzeugt werden. Alternativ können sie dazu gebracht werden, ein breites Lichtspektrum zu reflektieren , wie beispielsweise den gesamten sichtbaren Bereich oder das Spektrum des Ti-Saphir-Lasers . Spiegel dieses Typs sind in Optikexperimenten aufgrund verbesserter Techniken, die eine kostengünstige Herstellung hochwertiger Spiegel ermöglichen, sehr verbreitet . Beispiele für ihre Anwendungen umfassen Laserhohlraum Endspiegel, heißen und kalten Spiegel , Dünnschicht- Strahlteilern , hohe Zerstörschwelle Spiegel und die Beschichtungen auf modernen mirrorshades .

Mechanismus

Diagramm eines dielektrischen Spiegels. Dünne Schichten mit einem hohen Brechungsindex n 1 sind mit dickeren Schichten mit einem niedrigeren Brechungsindex n 2 verschachtelt . Die Weglängen l A und l B unterscheiden sich um genau eine Wellenlänge, was zu konstruktiven Interferenzen führt.

Dielektrische Spiegel funktionieren basierend auf der Interferenz von Licht, das von den verschiedenen Schichten des dielektrischen Stapels reflektiert wird. Dies ist das gleiche Prinzip, das bei mehrschichtigen Antireflexionsbeschichtungen verwendet wird , bei denen es sich um dielektrische Stapel handelt, die so konzipiert wurden, dass sie das Reflexionsvermögen eher minimieren als maximieren. Einfache dielektrische Spiegel funktionieren wie eindimensionale photonische Kristalle , die aus einem Schichtstapel mit hohem Brechungsindex bestehen, der mit Schichten mit niedrigem Brechungsindex verschachtelt ist (siehe Abbildung). Die Dicken der Schichten werden so gewählt, dass die Weglängenunterschiede für Reflexionen von verschiedenen Schichten mit hohem Index ganzzahlige Vielfache der Wellenlänge sind, für die der Spiegel ausgelegt ist. Die Reflexionen von den Schichten mit niedrigem Index haben genau eine halbe Wellenlänge in der Weglängendifferenz, aber es gibt einen 180-Grad-Unterschied in der Phasenverschiebung an einer Grenze von niedrigem zu hohem Index im Vergleich zu einer Grenze von hohem zu niedrigem Index. was bedeutet, dass diese Reflexionen auch in Phase sind. Im Falle eines Spiegels bei normalem Einfall haben die Schichten eine Dicke von einer Viertelwellenlänge.

Die von den dielektrischen Filtern übertragene Farbe verschiebt sich, wenn sich der Winkel des einfallenden Lichts ändert.

Andere Konstruktionen weisen eine kompliziertere Struktur auf, die im Allgemeinen durch numerische Optimierung erzeugt wird . Im letzteren Fall kann auch die Phasendispersion des reflektierten Lichts gesteuert werden (siehe Chirped-Spiegel ). Bei der Konstruktion von dielektrischen Spiegeln kann ein optisches Übertragungsmatrixverfahren verwendet werden.

Dielektrische Spiegel weisen eine Verzögerung als Funktion des Einfallswinkels und des Spiegeldesigns auf.

Herstellung

Ein elektronenmikroskopisches Bild eines etwa 13 Mikrometer großen Stücks eines dielektrischen Spiegels, das aus einem größeren Substrat geschnitten wird. Am unteren Rand sind abwechselnde Schichten aus Ta 2 O 5 und SiO 2 sichtbar.

Die Herstellungstechniken für dielektrische Spiegel basieren auf Dünnschichtabscheidungsverfahren . Übliche Techniken sind physikalische Gasphasenabscheidung (einschließlich Verdunstungsabscheidung und ionenstrahlunterstützte Abscheidung ), chemische Gasphasenabscheidung , Ionenstrahlabscheidung , Molekularstrahlepitaxie und Sputterabscheidung . Übliche Materialien sind Magnesiumfluorid ( n = 1,37) , Siliciumdioxid ( n = 1,45) , Tantalpentoxid ( n = 2,28) , Zinksulfid ( n = 2,32) und Titandioxid ( n = 2,4) .

Polymere dielektrische Spiegel werden industriell durch Coextrusion von Schmelzpolymeren und durch Schleuderbeschichtung oder Tauchbeschichtung in kleinerem Maßstab hergestellt.

Siehe auch

Verweise

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Externe Links