Dielektrikumtükör

A dielektrikumtükör egy optikai eszköz, amely egymáson fekvő dielektrikus tulajdonságú vékonyrétegekből áll. A vékonyrétegeket egy hordozó, például üveg felületén alakítják ki.

Törésmutatójukat és vastagságukat helyesen megválasztva a visszaverődés adott hullámhosszra vagy hullámhossz-tartományra optimalizálható. Míg a hagyományos fémtükrök reflexiós tényezője (visszaverő-képessége) tipikusan 90–95% körüli, addig a dielektrikumtükörrel elérhető érték a 99,999%-ot is meghaladhatja egy szűk hullámhossz-tartományban.

Működési elve a Bragg-tüköréhez hasonló annyiban, hogy az egyes rétegekről visszaverődő nyalábok interferenciáján alapul.^[1]

Szerkezete

Bragg-tükör

Bővebben: Bragg-reflektor

A dielektrikumtükröket jellemzően egy hordozó felületén (például kvarcüveg vagy más optikai üveg) alakítják ki egymást követő vékonyréteg-leválasztási lépések sorozatával. Ezen módszerekkel befolyásolható a kialakuló rétegek vastagsága.

Ha két különböző törésmutatójú réteget adott vastagságok alkalmazásával felváltva alakítunk ki, Bragg-reflektort (Bragg-tükröt) nyerünk, mely a dielektrikumtükrök egyik egyszerű típusa. Ezek rétegeit úgy alakítják ki, hogy a fénysugár beesési szögét figyelembe véve ezek vastagsága épp megfeleljen a sugár közegbeli hullámhossza negyedének. Így minden egyes réteg speciális, λ/4-es vastagságú lesz. Az azonos anyagú felületről visszaverődő nyalábok közötti optikai úthosszkülönbség így éppen hullámhossznyi lesz, tehát ezek a nyalábok konstruktívan interferálnak, erősítik egymást.

Egy sokrétegű dielektrikumtükör reflexiója a rétegek számával növekszik. A reflexiót a két alkalmazott réteg törésmutató-kontrasztja is befolyásolja, mely a sávszélességet is megszabja. A sávszélesség akár több száz nanométeres hullámhossztartományt is átfedhet.^[2]

Polikromatikus (több hollámhossz-komponenst tartalmazó) nyaláb esetén a Bragg-tükrökben fellép a diszperzió. A tükörre jellemző optimálistól eltérő hullámhosszú sugarak csoportsebessége késni, vagy sietni fog az optimálishoz képest.^[1]

Összetett elrendezések

Sok különböző optikai tulajdonságú réteg kombinálásával a reflexiós, polarizációs és diszperziós jellemzők jól tervezhetők. Néhány példa a lehetséges alkalmazások közül, melyekre speciális dielektrikumtükrök alakíthatók ki:

éles spektrális levágású alul- vagy felüláteresztő szűrők,
dikroikus szűrők, melyek két adott hullámhosszon jó áteresztők, más tartományokon viszont nem feltétlenül,
vékonyréteg-polarizátorok, polarizációs nyalábosztók,^[1]
stb.

Csörpölt tükrök

Az ultrarövid lézerimpulzusok diszperziójának passzív szabályozására alkalmazható dielektrikumtükröket nevezik csörpölt tükröknek. Ezek abban különböznek a Bragg-tükröktől, hogy bennük nem egyenlő vastagságú rétegek sorakoznak, hanem valamilyen összefüggés szerint változik. Így a nyaláb különböző hullámhosszal rendelkező spektrális komponensei más mélységben hatolnak be a felületébe. Így a különböző komponensek esetén más-más lesz az eszközben megtett optikai úthossz, így mind más diszperziót szenvednek. A rétegszerkezeteket numerikusan optimalizálják, hogy ne lépjen fel bennük oszcilláció.^[1]^[3]

Források

Dobrowolski JA, Lowe D. (1978. október 1.). „Optical thin film synthesis program based on the use of Fourier transforms.” 17 (19), 3039–3050. o. DOI:10.1364/AO.17.003039.
Thelen, Alfred. Design of optical interference coatings. New York: McGraw-Hill (1989). ISBN 978-0-07-063786-3
Paschotta, Dr. Rüdiger: Encyclopedia of Laser Physics and Technology - dielectric mirrors, laser mirrors, thin-film coating, multilayer, mirror design, fabrication (angol nyelven). www.rp-photonics.com. (Hozzáférés: 2017. április 21.)
Paschotta, Dr. Rüdiger: Encyclopedia of Laser Physics and Technology - chirped mirrors, dielectric, double-chirped mirror designs, dispersion compensation (angol nyelven). www.rp-photonics.com. (Hozzáférés: 2017. április 21.)
Dr. Kovács Attila; Dr. Börzsönyi Ádám, Dr. Horváth Zoltán, Dr. Osvay Károly: A femtoszekundumos optika alapjai, Speciális diszperziós tulajdonságokkal rendelkező reflexiós optikai elemek. Digitális Tankönyvtár | www.tankonyvtar.hu. Szegedi Tudományegyetem, 2013. (Hozzáférés: 2017. április 21.)

Jegyzetek

↑ ^a ^b ^c ^d Kovács 2013.
↑ Broadband Dielectric Mirrors. www.thorlabs.com. (Hozzáférés: 2017. április 21.)
↑ Paschotta, Dr. Rüdiger: Encyclopedia of Laser Physics and Technology - chirped mirrors, dielectric, double-chirped mirror designs, dispersion compensation (angol nyelven). www.rp-photonics.com. (Hozzáférés: 2017. április 21.)