非偏振光分光器的製作方法

2023-07-01 14:12:56 3

專利名稱：非偏振光分光器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種非偏振光分光器，這種分光器通過反射部分入射光，透過部分入射光把入射光分成兩個方向，其中，P分量對S分量(都是偏振光分量)的比例在分開後的光的兩個方向上大致相等。
在圖5所示的雷射平面儀(即使用雷射束的水平面確定裝置)中，當從雷射二極體2發射出的雷射束(或雷射輻射)L被安裝在圓盤3上的一個平面鏡(或五稜鏡)4完全反射時，圓盤3固定在水平面確定裝置的主體1上從而可以水平旋轉，發出的反射光L1在水平面上旋轉，如果雷射束L可以分成水平反射光L1和垂直的透射光L2，不用鉛錘即可在平頂表面方便地標出鉛直點(或垂直點)。因此考慮用可以把雷射束分成反射光L1和透射光L2的分光器代替平面鏡4。但是，雷射二極體2本身不旋轉，並且雷射束L在偏振分量上是不平衡的。僅用一個可以把雷射束分成P分量和S分量的偏光分光器代替平面鏡4，反射光L1在亮度上可以隨在90°的相位內的每一改變而變化。因此，取決於所說的相位，光量可能不足以標出基準面。此外，取決於分光器的相位，透射光L2看起來是閃爍的，垂直點也不能標出。所以，水平面確定裝置的平面鏡4必須用非偏振光分光器取代。
順便提一下，作為傳統的非偏振光分光器，已知的一種是在透明玻璃基體上沉積一層非常薄的Au膜。
但是，Au膜吸收雷射束，因此光量損失大。此外，由於Au膜非常軟，容易受到刻傷，並且耐候性差，所以它難以用在水平面確定裝置上。在用於水平面確定裝置上的情況下，據說旋轉的反射光L1的光量對靜止的透射光L2的光量的比例優選的是約7∶3～8∶2。但是，用其中沉積有Au膜的非偏振光分光器難以把光束分成這樣的光量比。
因此，本發明的一個目的是提供一種非偏振光分光器，這種分光器具有優異的耐候性，其中，可以把光束分成光量比約為7∶3～8∶2。
為了達到上述目的和其它目的，根據本發明，提供一種用於把波長為λ的雷射束按預定的比例分成反射光和透射光的非偏振光分光器，這種分光器有多個介電層，從第一到第二十層具有不同的折射率，這些層順序地整體結合在透明光學玻璃基體上。所說的非偏振光分光器包括用ZrO2和TiO2的混合物形成薄膜厚度為λ/2的第一層，其折射率為2.07；用MgF2形成每層薄膜厚度為λ/4的第二層、第八層和第十層，其折射率為1.37；用Al2O3形成每層薄膜厚度為λ/4的第三層、第五層、第七層、第九層、第十一層、第十三層、第十五層、第十七層和第十九層，其折射率為1.61；用所說的ZrO2和TiO2的混合物形成每層薄膜厚度為λ/4的第四層和第六層；用TiO2形成每層薄膜厚度為λ/4的第十二層、第十四層、第十六層和第十八層，其折射率為2.27；用上述的MgF2形成薄膜厚度為λ/1.9～2.4的第二十層，即最外層。反射光對透射光的比例是7∶3。
根據本發明，還提供一種用於把波長為λ的雷射束按預定的比例分成反射光和透射光的非偏振光分光器，這種分光器有多個介電層，從第一到第二十層具有不同的折射率，這些層順序地整體結合在透明光學玻璃基體上。所說的非偏振光分光器包括用ZrO2和TiO2的混合物形成薄膜厚度為λ/2的第一層，其折射率為2.07；用MgF2形成每層薄膜厚度為λ/4的第二層、第八層和第十層，其折射率為1.37；用Al2O3形成每層薄膜厚度為λ/4的第三層、第五層、第七層、第九層、第十一層、第十三層、第十五層、第十七層和第十九層，其折射率為1.61；用TiO2形成每層薄膜厚度為λ/4的第四層、第六層、第十二層、第十四層、第十六層和第十八層，其折射率為2.27；用上述的MgF2形成薄膜厚度為λ/1.85～2.45的第二十層，即最外層。反射光對透射光的比例是8∶2。
可以使用波長為λ＝630nm的可見光雷射作為雷射束，並使用非偏振光分光器作為水平面確定裝置的反射鏡。
折射率為2.07的ZrO2和TiO2的混合物、折射率為1.37的MgF2、折射率為1.61的Al2O3、和折射率為2.27的TiO2四種電介質在透明玻璃基體上疊20層以獲得反射光對透射光的比例分別為7∶3和8∶2的兩種非偏振光分光器。這兩種非偏振光分光器都有用MgF2形成的第二十層，即最外層。通過改變第二十層的薄膜厚度，反射光內含有的偏振分量，P分量對S分量的比例發生變化。為了使本發明的分光器成為非偏振光分光器，P分量的反射比和S分量的反射比之間的差值應該在10％以內。特別研製本發明的非偏振光分光器用於水平面確定裝置。水平面確定裝置中，使用λ＝630nm的可見光雷射。因此，在下面要解釋的實施方案中的第一層到第二十層都確定為λ＝630nm。ZrO2和TiO2的混合物使用工業產品，商品名為「OPTRON OH5」。
在結合附圖進行考慮時，參看下列詳細描述，本發明上述的和其它的目的以及相應的優點將會很清楚

圖1是表示實施例1中的波長λ和反射比之間的關係圖；圖2是表示實施例1中的第二十層的薄膜厚度和反射光中含有的偏振分量的比例之間的關係圖；圖3是表示實施例2中的波長λ和反射比之間的關係圖；圖4是表示實施例2中的第二十層的薄膜厚度和反射光中含有的偏振分量的比例之間的關係圖；圖5是表示應用本發明的非偏振光分光器的水平面確定裝置的原理的示意圖。
實施例1現在將解釋反射光對透射光的比例為7∶3的非偏振光分光器。在本實施例中，用下列的組成和薄膜厚度對第一層到第二十層進行疊層。
層組成薄膜厚度第一層ZrO2和TiO2的混合物 λ/2第二層 MgF2λ/4第三層 Al2O3λ/4
第四層ZrO2和TiO2的混合物 λ/4第五層 Al2O3λ/4第六層ZrO2和TiO2的混合物 λ/4第七層 Al2O3λ/4第八層 MgF2λ/4第九層 Al2O3λ/4第十層 MgF2λ/4第十一層Al2O3λ/4第十二層TiO2λ/4第十三層Al2O3λ/4第十四層TiO2λ/4第十五層Al2O3λ/4第十六層TiO2λ/4第十七層Al2O3λ/4第十八層TiO2λ/4第十九層Al2O3λ/4第二十層MgF2λ/n這裡，使第二十層的薄膜厚度λ/n中的n值為n＝2.08得到的分光器的反射比表示於圖1。在該圖中，字母S和P分別表示偏振分量的S分量和P分量的反射比，字母A表示包括這兩個分量的平均反射比。如上所述，可以看出，由於確定每一層的厚度為λ＝630nm，λ偏離630nm越遠，每個反射比越低，S分量的反射比和P分量的反射比之差越大。順便提一下，在λ＝630nm時的平均反射比為69.72％，反射光對透射光的比例是7∶3。此外，在λ＝630nm時S分量的反射比和P分量的反射比之差為6.43％，作為非偏振光分光器的實際應用沒有問題。
其次，當確定第二十層的薄膜厚度的n值連續變化時，雖然平均反射比不變，S分量的反射比和P分量的反射比之差也隨之變化。如圖2所示，可以看出，為了使這兩個分量的反射比之差為10％或更小，n必須為1.9到2.4。順便提一下，當確定n約為2.15時，這兩個分量之差可以優選地減小到可能的最大限度。
實施例2作為第二個實施例，將解釋反射光對透射光的比例為8∶2的非偏振光分光器。在該實施例中，用下列組成和薄膜厚度對第一層到第二十層進行疊層層組成 薄膜厚度第一層ZrO2和TiO2的混合λ/2物第二層 MgF2λ/4第三層 Al2O3λ/4第四層 TiO2λ/4第五層 Al2O3λ/4第六層 TiO2λ/4第七層 Al2O3λ/4第八層 MgF2λ/4第九層 Al2O3λ/4第十層 MgF2λ/4第十一層 Al2O3λ/4第十二層 TiO2λ/4
第十三層Al2O3λ/4第十四層TiO2λ/4第十五層Al2O3λ/4第十六層TiO2λ/4第十七層Al2O3λ/4第十八層TiO2λ/4第十九層Al2O3λ/4第二十層MgF2λ/n與實施例1相比，實施例2不同於實施例1，其中，第四層和第六層的組成從ZrO2和TiO2的混合物變為TiO2。
這裡，使第二十層的薄膜厚度λ/n中的n值為n＝2.08得到的分光器的反射比表示於圖3。和在實施例1中一樣，可以看出，由於確定每一層的厚度為λ＝630nm，λ偏離630nm越遠，每個反射比越低，S分量的反射比和P分量的反射比之差越大。順便提一下，在λ＝630nm時的平均反射比為77.54％，反射光對透射光的比例是8∶2。此外，在λ＝630nm時S分量的反射比和P分量的反射比之差低到6.6％，作為非偏振光分光器的實際應用沒有問題。
其次，當確定第二十層的薄膜厚度的n值以與實施例1中相同的方式連續變化時，雖然平均反射比不變，S分量的反射比和P分量的反射比之差也隨之變化。如圖4所示，可以看出，為了使這兩個分量的反射比之差為10％或更小，n必須為1.85到2.45。順便提一下，和實施例1中一樣，當確定n約為2.15時，這兩個分量之差可以優選地減小到可能的最大限度。
如上所解釋的，根據本發明，與沉積Au膜的分光器相比，介電層膜的耐候性更好。因此，它可以用於測量裝置，如水平面確定裝置。反射光對透射光的比例變成7∶3或8∶2，並且可以提供適用於水平面確定裝置的非偏振光分光器。
很明顯上述的非偏振光分光器滿足上面提到的所有目的，還具有廣泛工業應用的優點。應該明白本文上面描述的本發明的特定形式僅作為代表，對那些熟悉該技術的人，在本發明的範圍內進行某些修改是明顯的。
因此，應該參考下列確定本發明的整個範圍的權利要求書。
權利要求
1.一種用於把波長為λ的雷射束按預定的比例分成反射光和透射光的具有多層介電層的非偏振光分光器，從第一層到第二十層具有不同的折射率，這些層順序地整體結合到透明的光學玻璃基體上，包括用ZrO2和TiO2的混合物形成的薄膜厚度為λ/2的第一層，其折射率為2.07；用MgF2形成的每層薄膜厚度為λ/4的第二層、第八層和第十層，其折射率為1.37；用Al2O3形成的每層薄膜厚度為λ/4的第三層、第五層、第七層、第九層、第十一層、第十三層、第十五層、第十七層和第十九層，其折射率為1.61；用所說的ZrO2和TiO2的混合物形成的每層薄膜厚度為λ/4的第四層和第六層；用TiO2形成的每層薄膜厚度為λ/4的第十二層、第十四層、第十六層和第十八層，其折射率為2.27；和用所說的MgF2形成的薄膜厚度為λ/(1.9～2.4)的第二十層，即最外層；其中反射光對透射光的比例是7∶3。
2.一種用於把波長為λ的雷射束按預定的比例分成反射光和透射光的非偏振光分光器，這種分光器有多個介電層，從第一到第二十層具有不同的折射率，這些層順序地整體結合在透明光學玻璃基體上，包括用ZrO2和TiO2的混合物形成的薄膜厚度為λ/2的第一層，其折射率為2.07；用MgF2形成的每層薄膜厚度為λ/4的第二層、第八層和第十層，其折射率為1.37；用Al2O3形成的每層薄膜厚度為λ/4的第三層、第五層、第七層、第九層、第十一層、第十三層、第十五層、第十七層和第十九層，其折射率為1.61；用TiO2形成的每層薄膜厚度為λ/4的第四層、第六層、第十二層、第十四層、第十六層和第十八層，其折射率為2.27；和用所說的MgF2形成的薄膜厚度為λ/1.85～2.45的第二十層，即最外層；其中反射光對透射光的比例是8∶2。
3.根據權利要求1的非偏振光分光器，其中所說的雷射束是波長為λ＝630nm的可見光雷射。
4.根據權利要求2的非偏振光分光器，其中所說的雷射束是波長為λ＝630nm的可見光雷射。
5.根據權利要求1～4的任一個的非偏振光分光器，其中所說的非偏振光分光器用作水平面確定裝置的反射鏡。
全文摘要
折射率為2.07的ZrO
文檔編號G02B5/08GK1156832SQ9611791
公開日1997年8月13日 申請日期1996年12月23日 優先權日1995年12月28日
發明者大橋祐一 申請人:株式會社索佳