188560. lajstromszámú szabadalom • Meredek felfutású interferenciaszűrő

188 560

A találmány meredek felfutású interfenciaszűrő. Alkalmazható mind a látható, mind az infravörös tartományban 200 nanométertől 15 mikrométerig. Interfere»ciaszűrő jellemzői maximális áteresztcshcz tartozó hullámhossz, a szűrő áteresztési maximumának feléhez tar- 5 tozó két hullámhossz különbsége a félértékszélesség. jelöljük. „dl2” tízedérték szelesség az előző meghatározásnak megfelelően az áteresztett intenzitás tibetiért ékéhez tartozó hullámhossz különbség, jelöljük: „dl 10",

A találmány szerinti meredek felfutású szűrő esetén a 10 tízedérték széleség (dl 10) kisebb egyenlő a félérték szélesség kétszeresénél (2d 12).

Interferenciaszűrők alkalmazási területe főleg fotometria, spektroszkópia, továbbá speciális kémiai, biológiai folyamatok azon viszgáiata, ahol monokromatikus. 15 vagy közel monokromatikus fényre van szükség és az adott hullámhossz környezetében más hullámhosszú fény kiszűrése szükséges.

Biológiai minták mérése, anyagmeghatározás, pl. langfotóméterrel a tizedértékkei szemben a fenti cél- 20 kitűzésben megjelölt követelményeket írja elő.

Ismeretes interferenciaszűrőkre vonatkozó több megoldás, lényegében mindegyik Fabry Perot interferometer elvének felhasználásán alapul. Legegyszerűbb kiviteli forma fém — dielektrikum - fém típus, bunyóiul- 25 tabb magas áteresztésű, a tiszta dielektrikumból álló vékonyréteg rendszer, melyen belül magas és alacsony törésmutatójú rétegek szimmetrikusan helyezkednek el egy közbülső fel hullámhossz egészszámú többszörösének megfelelő alacsony törésmutatójú réteg körül. Elméleti 30 megfontolások e témakörben M. Born and E. Wolf, Principle of Optics, Pergamon, New York 1964, könyvében részletesen megtalálható. A fent említett mterfercneiaszűiók tulajdonsága, hogy lízedérlékük félértékszélességüknek háromszorosa. 35

A világpiacon megjelenő optikai vékonyrétegben vezetőszerepet játszó cégek szinte mindegyüké áttér a magas követelményeket kielégítő újtípusú szűrők gyártására. Ezen szűrőtípusok teljesítik a találmány céljaként kitűzött minimális tizedérték megvalósítást. Btizerz, 40 Mainz-i Schott, Optical Coting cégek mindegyike már prospektusaiban ilyen típusú szűrőket kínál megvételre.

E szűrök konstrukciója irodalomban nem található, egyes cégek tulajdonai. Szűrő konstrukcióra, illetve gyártási technológiára vonatkozóan konow-how átadd- 45 tói elzárkóznak.

A találmány e hiányt kívánja megszüntetni, olyan terméket valósít meg, amely kielégíti a korszerű követelményeket.

A találmány meredek felfutású interferencu szűrő, 50 egy adott X0 hullámhosszra, amely tartalmaz N>5 nj = uj~'kj törésmutatójú és dj vastagságú (j = 1.2...N) rétegeket n„ és n^+i törésmutatójú közegbe ágyazva (ahol új a törésmutató valós, kj a törésmutató képzetes része, i az immaginárius egység). A találmány lényege, 55 hogy a meredek felfutású interferenciaszűrőnek egymástól réteg vagy rétegrendszerrel elválasztott és réteggel vagy rétegrendszerrel közrefogott dielektrikum rétege van, amely rétegek optikai 'vastagságának különbsége

Xo/2- 60

A találmány szerinti interferenciaszűrő egy legegyszerűbb kiviteli változata N = 5 eseten valósul meg.

A páratlanszánni rétegek 1,3,5 anyaga fém és ezek közül a legvékonyabb réteg jil+ \ — n2 = n4 törésmutatóra vonatkoztatott reflexiója nagyobb mint 0,5. 65

A találmány további kiviteli változata az., hogy a rétegrendszer csak dielektrikumot tartalmaz, amelyek közül a L. L+2, M, M+2 rétegek törésmutatója nagyobb 1,55-nel.

A találmányt részletesen kiviteli példa kapcsán a rajz alapján ismertetjük, ahol az

1. ábra fciníípusú interferenciaszűrőt szemléltet, míg a

2. ábra dielektrikumból készült interferencíaszűrőt szemléltet.

Az 1. ábra szemlélteti az interferencíaszűrőt, mikor N — 5 és a páratlan rétegek anyaga fém, az adott hullámhossz X0 = 550 nm. Az ábrán látható a fent említett kiviteli változat keresztmetszete. hl+ 1 anyag törésmutatója megegyezik a szűrőrendszert megelőző, illetve azt követő anyag törésmutatójával, azaz n0 = n2 = n4 = = n6. A példaként ismertetett kiviteli változat esetén n2 = l,33 (kriolit), n 1 = n3 = n| íij = 0,055-13,32 (ezüst). A találmány szerint meghatározott vastagságok dj = d5 =25 nm, d3 = 50 nm. A két azonos törésmutatójú dielektrikum réteg, mely három részre osztja a szűrőt, az alábbi vastagsággal rendelkezik:

d21 = 356 nrn d4) = 565 nm (1. görbe)

d32 = 565 nm 042= 773,9 nm (2. görbe)

Az 1. ábra szemlélteti továbbá az interferenciaszűrő

X0

áteresztési görbéjét 1 (transzmisszió), -r— koordináta-A

rendszerben, dl 2, illetve dl 10 jelöli a fél, illetve tizedérték szélességét a szűrőnek. Tmax az áteresztcs maximális értéke.

Az 1. ábra 1 görbéjének jellemző adatai Tmax " 0,7; dl2 = 0,045; dl 10 = 0,08. '

A 2. görbe jellemző adatai a következők: Tmax = = 0,7]; dl2 = 0,03 (16,5nm); dl 10 = 0,05 (27,5nm).

A két ábrából és jellemző adatokból látható, hogy a találmány szeiinti kiviteli változat mindkét esetben kielégíti a célkitűzést, azaz 2dl2 nagyobb mint dl 10. Az interferenciaszűrő áteresztése mindkét esetben 50 %-nál nagyobb kedvező félérték, tizedérték szélesség mellett. E tény felhasználási területét egyértelműen meghatározza. Egyszerűsége és a minimális rétegszám a gyámhatóság szempontjából optimális. A rétegvastagságok tűrései a következők:

d,,d2,ds vastagsági tűrése ±5 %, d2±2,4 % és

d4 ± 1,6 %.

E tűrés értékek a gyártó berendezések legtöbbjén jól kézbentarthatók.

A találmány egy másik, az előzővel azonos fontosságú kiviteli változatát a 2. ábrán mutatom be.

A rétegszám N = 15, a szűrő XQ = 550 nm hullámhosszra készül. A párosszámú rétegek törésmutatója u2k = 1,33 k — 0,1 ...8.

A páratlan rétegek törésmutatója n2k+i = 2,4 k = 0,1 ...7.

Az egyes rétegek vastagságai: d2k+1 = 57,29 nm; d, = d6 = dg = du,= d,4 = 103,38 nm. A kritikus két réteg, amely a rétegrendszert három részre bontja következő vastagságú:

d4 = 827 nm:d12= i033,8 nm.

Az n2(d12-d4) = 275 nm vastagságkülönbség itt di-2