DE2143504B2 - Aus einer mehrzahl von abwechselnd hoch- und niederbrechenden lichtdurchlaessigen schichten bestehendes, auf einem lichtdurchlaessigen traeger aufgebrachtes, innerhalb eines vorgegebenen wellenlaengenbereiches ein bestimmtes wellenlaengenband reflektierendes, die strahlung der uebrigen teile des genannten bereiches hindurchlassendes interferenzfilter - Google Patents

Description

matoren. . .

Die Grundlage der meisten Interferenzvielschichtfilter bilden Schichtpakete, die periodisch aus hoch- und niederbrechenden Schichten aufgebaut sind. Für Minusfilter verwendet man meist eine Schichtenfoige gemäß dem Schema Aß, B, A, B ... B, Aß, wobei A eine Schicht mit dem Brechungsindex η_Λ und einer optischen Dicke von Ao/4 der mittleren Wellenlänge A₀ des Sperrbereichs bedeutet, Aß eine ebensolche Schicht jedoch von halber Dicke, nämlich A₀/8 und n_B eine Schicht mit dem Brechungsindex n_B und der Dicke Aq/4 (hier und im folgenden wird unter Schichtdicke stets die optische Schichtdicke verstanden). Es lassen sich für das Schichtpaket als Ganzes ein sogenannter äquivalenter Brechungsindex N und eine äquivalente Dicke als Funktion der Wellenlänge angeben.

Für den äquivalenten Brechungsindex gilt nach Epstein, JOSA 42, 806 (1952) Formel (5):

N = (i sin Γ)/M₁₂ = -/M₂₁ZSJn/¹

wenn man γ (bei Epstein) durch Γ ersetzt. Daraus folgt

N² =

N =

i sin Γ —i M-

21

M₁

sin Γ

M,

M₂i und M₁₂ werden in der obengenannten Arbeit von E ρ s t e i η in den Formeln (7) und (8) bestimmt. In unserem Falle ist

n_B.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf sogenannte Minusfilter, welche aus einer Mehrzahl abwechselnd hoch- und niederbrechender, auf einer Unterlage aufgebrachter dünner Schichten aufgebaut sind. Unter Minusfiltern werden definitionsgemäß im

— Z Zl —Z ; -=

wobei X₀ ■= λ gesetzt wurde und X₀ die Wellenlänge

ist, für die die optische Dicke -^- ist. Damit ergibt sich:

M₁₂ = - jsin - -f · COs₁- -f + j (-£ + -«J ■ cos _γ ■-f · sin - -. . ₂ ^ . _n

M₂₁ = in Jsin ^- h ■ cos ^- h + λ (^ ₊ M . _cos £. ^ . _sin ^_ ^ ^ 12/. 2 /. 2 \n_B n₄y 2 /. 2 /

oder nach einigen Umformungen

2 /. J

. — 1 ■ sin -^- —

2 Vn_n η J 2 /.

cos	π T	A0	-	1	η/ Η λ
cos	rr	/.	+	1	H~ il ρ/ /1 j
?		1	- "β/»1λ
Λ	1	+ n»/n.

Analog ergibt sich aus Epsteins Formeln (4) und (6)

/■ ~ τ — arccos ( 1 -J—- ■ ^B— sin² -^ - —

.-r V 2n.₄/»_B 2 /

Die F i g. 1 gibt eine graphische Darstellung dieser Funktionen für drei verchiedene Werte des Quotienten ρ = n_Bln_A. In Wellenlängenbereichen, wo der äquivalente Brechungsindex einen reellen Wert besitzt, verhält sich das Schichtpaket wie eine einzige Schicht mit dem Brechungsindex N und der Dicke ι·/', wobei ν die Zahl der Perioden (Schichtpaare) des Schichtpaketes bedeutet. Für Wellenlängen dagegen, für welche der äquivalente Brechungsindex imaginär wird, was in der Nähe von A₀/;. - 1 der Fall ist (s. F i g. 2), ist das Schichtpaket hochreflektierend, und jede zusätzliche Periode (Schichtpaar) vermindert die Transmission im Reflexionsband weiter. Man ersieht, daß die Kurven für die drei verschiedenen Brechwertsverhällnisse ähnlich sind, d.h., daß die äquivalenten Brechungsindizes ähnliche Dispersionscharukteristiken aufweisen.

Ersetzt man in Gleichung (1) -^f- durch 2 - -^-,

ergibt sich keine Änderung im Wert für
kann man schreiben:

- X₀/λ)

. Folglich

(3)

Es ist bekannt, daß die Transmission einer Schichtanordnung der beschriebenen Art auf einer Unterlage mit dem Brechungsindex n_s in einem umgebenden Medium mit dem Brechungsindex n_M gleich ist wie für eine Anordnung mit derselben Schichtstruktur, bei welcher alle Brechungsindizes (einschließlich der Brechungsindizes der Unterlage und des Mediums) durch ihre reziproken und mit einem bestimmten Faktor χ multiplizierten Werte ersetzt sind. Die F i g. 3 zeigt schematisch den Aufbau zweier solcher gleichwertiger, reziproker Systeme.

In der Praxis entsprechen die Durchlaßbereiche gewöhnlicher Vielschichtinterferenzfilter nie den gestellten Forderungen. Vielmehr weist die Transmissionskurve infolge sekundärer Reflexionsbanden stets eine gewisse Welligkeit auf, deren Beseitigung ein Hauptproblem bei der Konstruktion von InterferenzfUtern darstellt. Es zeigt sich, daß diese Welligkeit um so stärker in Erscheinung tritt, je niedriger die Transmission im Sperrbereich ist, das bedeutet, je größer die Zahl der Schichten ist, aus denen das Filter besteht. Die F i g. 2 zeigt die normierte Transmissionskurve eines A/4-Vielschichtinterferenzfilters aus 19 Schichten, wobei T die durchgelassene und T₀ die einfallende. Strahlungsenergie, A die Wellenlänge und A₀ die mittlere Wellenlänge des Sperrbereichs bedeutet.

Der Brechungsindex der niedrigbrechenden Schichten betrug 1,56, deijenige der hochbrechenden Schichten 2,34. Ein derartiges Filter — in abgekürzter Schreibweise durch die Angaben 1,56/H (LHf/1,56, mit ii_H = 2,34 und n_L = 1,56 darstellbar ■- ist für viele

Anwendungen in der optischen Technik wegen seiner Welligkeit nicht geeignet.

Eine weitgehende Beseitigung dieser Welligkeit, die sogenannte Glättung, erschien nach dem bisherigen Stand der Technik jeweils nur auf einer Seite

des Sperrbereiches, nicht aber auf beiden Seiten gleichzeitig möglich. Es ist bekannt, daß die Welligkeit in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich vermindert werden kann, wenn es gelingt, mit Hilfe zweier zusätzlich auf beide Seiten des Grundsystems anzubringender Gruppen von Hilfsschichten Phase und Reflexionsvermögen für jede Wellenlänge des Arbeitsbereiches richtig aufeinander abzustimmen. Diese Methode war jedoch sehr mühsam, da kein systematisch zu beschreitender Weg zur Lösung dieser Aufgabe bekannt war.

In der Zwischenzeit wurde zwar von verschiedenen Autoren gezeigt, wie Filter konstruiert werden können, die in einem verhältnismäßig breiten Wellenlängenbereich gut geglättet sind, doch auch dies wiederum

nur mit der Einschränkung, daß bei einem Minusfilter nur der Transrrissionsbereich auf einer — nach Wahl auf der kurzwelligen oder langwelligen — Seit« des Sperrbereiches geglättet werden konnte; dabe zeigte sich, daß eine Verbesserung auf der einei Seite eine Verschlechterung auf der anderen Seite zu Folge hatte.

Die vorliegende Erfindung hat sich demgegenübe zur Aufgabe gestellt, einen Schichtaufbau für eil Minusfilter anzugeben, welcher eine weitgehend

Glättung auf beiden Seiten des Sperrbereiches zuläß Das erfindungsgemäße, aus einer Mehrzahl vo

abwechselnd hoch- und niederbrechenden lichtdurcr:

lässigen Schichten bestehende, auf einem lichtdurchlä;

sigen Träger aufgebrachte, innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereiches ein bestimmtes Wellenlängenband reflektierende, die Strahlung der übrigen Teile des genannten Bereiches hindurchlassende Interferenzfilter, welches ein periodisch symmetrisch aufgebautes Innensystem aufweist, und wobei beidseitig aus je einer Gruppe hochbrechender und einer Gruppe niederbrechender alternierender Schichten aufgebaute reflexionsvermindernde Außensysteme zur Schwächung unerwünschter sekundärer Reflexionsbanden vorgesehen sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten einer der genannten Gruppen der Außensysteme denselben konstanten Brechungsindex n_cons, besitzen wie eine erste Schichtengruppe des Innensystems und daß für jede der anderen der genannten Gruppen der Außensysseme mit einem von K_n^, abweichenden variablen Brechungsindex n_t die Bedingung erfüllt ist, daß der Betrag des Produktes von I n_cont - nj mal cf, kleiner ist als der Betrag dieses Produktes für die Schichten des Innensystems mit einem von «„„, abweichenden Brechungsindex, wobei df die Schichtdicke bedeutet.

Zwar war es aus DT-AS 16 22 862 bekannt, bei einem periodisch-symmetrischen Innensystem beidseitig reflexionsvermindernde Außenschichten vorzusehen, um die Dämpfung der Nebenmaxima entweder auf der einen oder der anderen Seite des Gebietes hoher Reflexion zu bewirken. Jedoch waren hierbei bisher Kompromisse unvermeidlich, da der äquivalente Brechungsindex des Innensystems eine hohe Dispersion und Sprünge aufweist, und der reflexionsvermindernde Belag, wenn er nur nach bekannten Formeln für die bestimmte Wellenlänge berechnet wird, nur bei dieser Wellenlänge eine optimale Reflexionsverminderung erbringen kann, bei Wellenlängen dagegen, die davon nur wenig abweichen, bereits eine wesentlich geringere reflexionsvermindernde Wirkung erzielt wird oder sogar eine Reflexionserhöhung auftritt. Dieses bekannte Filter, dessen Außenschichten nur eine beschränkte reflexionsvermindernde Wirkung besitzen und z. B. bei höherer Schichtenzahl des Innensysems versagen, entspricht nicht dem Patentanspruch, da auf jeder Seite nur eine Übergangsschicht vorgesehen ist, so daß das im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebene Merkmal, zu dessen Verwirklichung eine Mehrzahl von Schichten erforderlich ist, nicht erfüllt werden kann. Gemäß Patentanspruch 1 ist u. a. vorgeschrieben, daß eine Gruppe von Schichten des Außensystems denselben Brechungsindex aufweist wie eine Schichtengruppe des Innensystems. Im bekannten Falle ist dies ausgeschlossen, da eine einzelne reflexionsvermindernde Schicht, wenn sie als solche wirksam sein sou, auf jeden Fall einen von den Schichten des Innensystems abweichenden Brechungsindex besitzen muß.

Ein erfindungsgemäßes Filter kann verwirklicht werden in folgenden Schritten:

1. Man wählt die beiden Schichtsubstanzen für die Schichten des periodischen Schichtpaketes .4/2, B, A,B ... 8, /4/2(desInnensystems).

2. Man bestimmt die Zahl ν der Perioden des Innensystems, die erforderlich sind, um den gewünschten Sperrbereich zu erhalten, gemäß den Gleichungen

T_M * 4 · in_sn„/n*_A) ■ (n^n^, {n_A > n„) (4)

T_M * 4 (irVns/n,,) (H₄Ai₈)² \ (n_B > n_A) (5) wobei Τ» ρ die Transmission bei der Bezugswellenlänge A₀ in der Mitte des Reflexionsbandes bedeutet.

3. Man berechnet die symmetrisch auf beiden Seiten

des beschriebenen Schichtpaketes anzubringenden Ubergangsschichten derart, daß sie für Strahlung der Wellenlänge A₀ einen reflexionsfreien übergang zwischen dem für die Einbettung der gesamten Schichtanordnung vorgesehenen Medium η_Λ und dem Innensystem mit dem äquivalenten Brechungsindex N ergeben würden.

ίο Das so berechnete Filter kann mit bekannten Techniken, am besten durch Aufdampfen der Schichten im Vakuum, hergestellt werden. Weiter unten wird gezeigt, wie in weiterer Ausgestaltung der Erfindung das Erfordernis der Einbettung der gesamten Schichtanordnung in ein auf beiden Seiten gleiches Medium mit dem Brechungsindex η_Λ umgangen werden kann Es sei bemerkt, daß die Glättung der beiden Transmissionsbereiche eines erfindungsgemäßen Minusfilters darauf beruht, daß die starke Dispersion des Brechungsindex N, welche sich für das periodische Schichtpaket ergiH, annähernd durch die ähnliche Dispersion der beiden Außensysteme auf beiden Seiten des Reflexionsbandes kompensiert wird. Da diese Kompensation jedoch nur für je ein bestimmtes Wellenlängenpaar vollständig sein kann, ist die richtige Wahl der Bezugswellenlängen bei der Berechnung der Außensysteme von großer Bedeutung, und es empfiehlt sich, die Außensysteme für verschiedene Wellenlängen zu berechnen und den für eine bestimmte Anwendung besten Fall herauszusuchen.

In der nun folgenden Beschreibung von Erfindungsbeispielen wird die fachübliche abgekürzte Schreibweise zur Darstellung von Schichtstrukturen verwendet. Dabei bedeutet die erste Zahl (wenn

is angegeben) den Brechungsindex des Mediums auf der einen Seite des Schichtsysems, 1,56, also ζ. Β ein Glas mit dem Brechungsindex !,56. Die Bezeichnungen .4, /11, .42...B, Bl, B2... usw. bedeuten verschiedene Schichten mit den Brechwerten n^, /ι₄₁.

/^₂ ... η η, n_m, π_Β2 ... usw. Die Dicke dieser Schichten wird vorher festgelegt; im Rahmen dieser Beschreibung sind damit stets Schichten von A/4 optischer Schichtdicke gemeint, wobei λ eine Bezugswellenlänge ist und die optische Schichtdicke bekanntlich durch das Produkt aus Brechungsindex und geometrischer Dicke definiert ist. Ausdrücke wie Aß, B/2, B1/2, B 2/2 usw. bedeuten die entsprechenden Schichten jedoch von halber optischer Schichtdicke: hier also Ä/8 statt Λ/4. Ein Klammerausdruck, z.B. (Aß, BZ,

so Aß) bedeutet eine Schichtenfolge, mit den entsprechenden Schichten, wobei ein etwaiger hochgestellter Index angibt, daß die in der Klammer angegebene Schichtenfolge sich entsprechend oft wiederholt Zu beachten ist, daß bei einer solchen Wiederholung

ss gleichartige Schichten aneinanderstoßen können z. B. zwei Aß Schichten, die zusammen auch als eine einzige Schicht der Dicke A aufgefaßt werden können. Statt [AlX B, Aß)³ könnte also auch Aß B A B A B Aß schreiben. Zur Darstellung symmetrischer Schicht- Strukturen mit vielen Schichten ist die erstgenannte Schreibweise oft praktischer. Die bei einem Aesdruck zuletzt angegebene Zahl bedeutet den Brechungsindex des angrenzenden Mediums auf der anderen Seite des Schichtsystems.

6s Nachstehend wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Wir nehmen für das Innensystem ein symmetrisches Schichtpaket mit 6 Perioden (*■ = 6), mit niedrigbrechenden Schichten

mit dem Brechungsindex n_A = 1,56 und hoch brechenden Schichten mit dem Brechungsindex n_B — 2,34, also ein Paket von insgesamt 13 Schichten mit dem Aufbau A/2 BABABABABAB A/2, was auch durch (Aß, ß, Aßf dargestellt werden kann. Diesem Innensystem kommt nach den vorerwähnten Formeln ein äquivalenter Brechungsindex von N und eine äquivalente Gesamtdicke von ν Γ zu. Für das einen reflexionsfreien übergang zwischen diesem Innensystem und einem Einbettungsmedium mit dem Brechungsindex «., vermittelnde Außensystem wählen wir in diesem Beipiel ebenfalls ein periodisches Schichtsystem, das einer reflexionsvermindernden Einfachschicht äquivalent ist. Bekanntlich gilt für eine solche Einfachschicht-Reflexionsverminderung die Beziehung

N (».4 1 »B2) = I "Λ ■ W ("Ml "Bl)-

wobei Ν(η_Αιη_Λ) den äquivalenten Brechungsindex des Innensystems und n_A den Brechungsindex des angrenzenden Mediums und N (n_At n_B2) den Brechungsindex der reflexionsvermindernden Einfachschicht oder hier den äquivalenten Brechungsindex des einer solchen Einfachschicht äquivalenten Außensystems bedeutet. Die optische Dicke einer reflexionsvermindernden Einfachschicht müßte A/4 oder ein ungerades Vielfaches davon sein; das bedeutet, daß für das Außensystem in vorliegendem Beispielsfalle eine entsprechende Beziehung gelten muß.

Um eine gute Glättung der Transmissionskurve besonders in den an den Sperrbereich angrenzenden Teilen des Transmissionsbereiches zu erhalten (worauf es bei vielen Anwendungen besonders ankommt), wählen wir als Bezugswellenlänge A₀ für die Berechnung der Außensysteme diejenige Wellenlänge, für welche das periodische Schichtpaket eine äquivalente Dicke von Γ = 3 /_fl/8 aufweist.

Durch Einsetzen von n_A = 1,56, n_B = 2,34 und Γ = 3 Äo/8in Gleichung (2) errechnet man A₀// = 0,72, und mit Gleichung (1) findet man für dieses Verhältnis den äquivalenten Brechungsindex N (n_A, n_B) = 1,95. Aus den Gleichungen (6) und (1) ergibt sich sodann für n_B2 der Wert 1,91. Da die Bandbreite einer Einfachschichtreflexionsverminderung nicht sehr groß ist und die Glättung besonders in der Nähe des Reflexionsbandes erzielt werden soll, müssen wir die Schichtenfolge Aß B2 Aß zweimal anwenden. Die F i g. 4 zeigt die Transmissionskurve der sich ergebenden Gesamtanordnung.

Gemäß den vorstehenden Ausführungen und in der üblichen abgekürzten Schreibweise besitzt diese den Aufbau:

hSeiiAß B2 Aß)²(AßBl Aßf(A}2 B2 AßflhSb mit n_A - 1,56. n_m - 2,34 und n_B2 = 1,91.

Unter den erfindungsgemäßen Anordnungen zeichnen sich diejenigen durch besondere Einfachheit des Schichtaufbaues aus, bei denen entweder der Brechungsindex der hochbrechenden oder der niederbrechenden Schichten des Innensystems gleich ist dem Brechungsindex des Einbettungsmediums. Besonders vorteilhafte Lösungen ergeben sich, wenn die Außensysteme so bestimmt werden, daß die Differenz des Brechwertes benachbarter niederbrechender und hochbrechender Schichten von dem konstanten Wert dieser Differenz im Innensystem ausgehend innerhalb des AuSensystems allmählich nach außen hin abfällt und mit den Schichten, die an das Einbettungsmediuni angrenzen, den kleinsten Wert erreicht.

Zwei Beispiele dieser Art zeigen die Fig. 5 und 6. Das Beispiel der Fig. 5 besitzt den Aufbau:
l,56/(/l/2 Bl /1/2) (.4/2 Bl /4/2) (Aß Sl /4/2)" (/4/2 Bl /1/2) (Aß Bl /4/2)/l,56 mit n_A = 1,56. /i_B1 = 2,34, n_B2 = 1,95 und n_B3 = 1,86, dasjenige der F i g. 6 den Aufbau:

l,56/(/4/2 B5 Aß) (Aß BA Aß) (Aß Bl Aß) (Aß B 2 Aß) (All B) AlIf (Aß Bl Aß) (Aß Bl Aß) (Aß ß4 Aß) (Aß B'5 .4/2)/l,56 mit n_i = 1,56, >i„ = 2,34, n_B2 = 2,10, n_M = 2,02, n_M = 1.85. n„ = 1.74.

In der Fig. 5 ist nur die langwellige Seite der Transmissionskurve (A₀// -1) dargestellt, und zum Vergleich sind außerdem noch die entsprechenden Kurven der Beispiele 4 (Fig. 4) und 6 (Fig. 6) eingetragen. Beispiel 6 weist, wie aus dem Aufbauschema ersichtlich ist, vierstufige. Beispiel 5 zweistufige und Be"spiel 4 einstufige Außensysteme für den übergang vom Innensystem zum beidseitig gleichen Einbettungsmedium auf. und entsprechend ist auch die Welligkeit der erwähnten Systeme verschieden.

Ein ebenfalls vierstufiges Außensystem zeigt das Beispiel der Fig. 7, mit dem Aufbau:

AJOQKAß B5 Aß) (Aß BA Aß) (Aß Bl Aß) (Aß Bl Aß) (Aß B 1 /i/2)⁶ (Aß B2 /1/2) (/4/2 Bl Aß) (Aß ß4 Aß) (Aß BS Λ/2)/4,00 mit /i< = 4,00.

n_m = 1,80, n_B2 = 1,99, n_B3 = 2.35. n_m = 2,96, n_B5 = 3,61.

Zu beachten ist, daß die Einbettung dieses Filters in ein hochbrechendes Medium vom Brechungsindex 4 erfolgte.

Die Erfindung kann auch angewendet werden auf Innensysteme, die nicht aus /./4 Schichten aufgebaut sind. Die Fig. 8 gibt den äquivalenten Brechungsindex einer Schichtstruktur A-B-A für drei verschiedene Brechwertverhältnisse. Wie man ersieht, sind diese Kurven ganz ähnlich denjenigen der Fig. 1. Da jedoch in diesem Falle die Gleichung (3) nicht mehr anwendbar ist, müssen die reflexionsvermindernden Außensysteme auf anderem Wege gefunden werden. Eine einfache Möglichkeit besteht darin, auch für die Außensysteme eine ähnliche Struktur wie für die Innensysteme (A-B-A) zu benutzen, wobei jedoch n_B im Außensystem linear von innen nach außen abnimmt. Als Beispiel für ein solches Filter sei hier angegeben:

1,56/(4 BS A)(A BA A)(A B3 A)(A B2 A)(ABl Af (A Bl A) (A Bl A) (A BA A) (A BS A)l\,56 mit n_A = 1,56, η_Ά = 234, n_B2 = 2,184, n_B3 = 2,028, H₈₄ = 1,872 und n_BS = 1,716.

Die F i g. 9 zeigt die Transmissionskurve desselben.

Die zuletzt erwähnte Konstruktionsmethode kann auf alle Brechwertverhältnisse und auch auf periodische Schichtanordnungen mit mehr als zwei Schichtmaterielien angewendet werden.

Die bisher beschriebenen Beispiele erfordern meh-

rere Schichtsubstanzen. Dies bedeutet in der Praxis einen gewissen Nachteil, weil Schichtmaterialien, welche nicht nur bezüglich ihrer optischen, sondern auch hinsichtlich ihrer aufdampftechnischen und mechanischen Eigenschaften genügen, nur in begrenzter

Zahl zur Verfugung stehen. Es ist möglich, in einem Schichtsystem Schichten von gegebenem Brechwert durch Schichten von anderem Brechwert, aber mit geänderter Dicke, zu ersetzen. Fig. 10 zeigt den

*no ca

normierten äquivalenten Brechungsindex einer Schichtstruktur a.\ 2 hB aAl mit n_Hn_t = const. = 1,5 und

Z= (b-aUh-t a) = 0. 0.2. 0.4. 0.6. 0.8 fwobei α und b Verhältniszahlen sind, deren absolute Beträge nicht festgelegt sind), mit konstantem Brechwertverhältnis jedoch verschiedenem Dickenverhältnis. Für A₀,/. 6 sind diese Kurven denjenigen der Fig. 1 und 8 vergleichbar, was zu einem Schichtsystem mit der Struktur

1,56/(0,Λ/2 b_xB O_xAl) Ia₂M 2 b₂B a₂A;2) .. . (a,₀/l,2 ^_nBa_1nAiIf ... [O_xAIb[Ba_xA 2) !.56 mit n, = 1.56 und n_B = 2,34 und O_x = 1.90. a, = 1.80 . . . O₁₀ = 1.0 und b_x = 0,10. b₂ = 0,20 ... b_x() = 1,00 führt. Die Transmissionskurve dieses Beispiels ist aus Fig. 11 ersichtlich. Der Nachteil dieser Lösung, die nur zwei verschiedene Schichtmaterialien erfordert, ist aber, daß eine größere Zahl von Ubergangsschichten benötigt wird.

In den obigen Beispielen wurde davon ausgegangen, daß das Schichtsystem in ein auf beiden Seiten gleiches Medium eingebettet wird, dessen Brechungsindex mit dem Brechungsindex entweder der hochbrechenden oder der niederbrechenden Schichten des Innensystems übereinstimmt. Diese in der Praxis nicht immer erfüllbare Bedingung kann umgangen werden, in dem zusätzliche reflex ions vermindernde Schichten zwischen den genannten Außensystemen und den angrenzenden, der erwähnten Bedingung nicht genügenden Medien eingefügt werden Die Berechnung dieser zusätzlichen reflexionsvermindernden Schichten, die so zu bestimmen sind, daß ein reflexionsfreier Übergang zwischen den Außensystemen und den angrenzenden Medien von beliebigem Brechungsindex erzielt wird, erfolgt auf bekannte Weise analog der oben beschriebenen Methode zur Bestimmung der reflexionsvermindernden Außensysteme. Die Fig. 12 zeigt die Transmissionskurve eines Minus-Grünfilters, welches auf einer Konstruktion ähnlich derjenigen der F i g. 4 beruht, wobei aber die angrenzenden Medien durch Glas als Unterlage und Luft dargestellt werden. Dieses Beispiel besitzt die Struktur
1.52/(3 ß2 3.4)-(3ßi 3.4f|3B2 3.4)^: ß2 S2 ß3,1.00 mit n_A = 1,56, n_BX = 2,34. n_B2 = 1.91. n_B} = 1.38 und Z₁, = 530 nm.

In allen angeführten Beispielen ist die Struktur des Filters angegeben, welche durch die Dicken und Brechzahlen der Schichten definiert ist. Die Erfindung bezieht sich nur auf diese Struktur, nicht dagegen auf die Frage, wie eine einzelne Schicht von bestimmter Dicke und bestimmtem Brechungsindex hergesielli wird. Für die in den Beispielen erwähnten Brechzahlen stehen dem Fachmann entsprechende Schichtmaterialien zur Verfügung. Wie oben erwähnt, stellt das Aufdampfen im Vakuum heute die gebräuchlichste Methode zur Aufbringung der Schichten auf entsprechenden Unterlagen (meist Glasplatten) dar. Die erfindungsgemäßen Schichtstrukturen können aber natür lieh auch mit anderen Schichtherstellungsmethoderi verwirklicht werden z. B. durch Kathodenzerstäubung der iichichtstotle oder durch chemische Niederschläge. Betreffend die Schichtherstellungstechnologie gibtes eine ausgedehnte Fachliteratur: erwähnt sei »Handbook of Thin Film Technology« von Leon 1. M a i s s e 1 und Reinhard G la η si. McGraw-Hill Book Company. 1970.

Hierzu 12 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Aus einer Mehrzahl von abwechselnd hoch- und niederbrechenden lichtdurchlässigen Schich- S ten bestehendes, auf einem lichtdurchlässigen Träger aufgebrachtes, innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereiches ein bestimmtes Wellenlängenband reflektierendes, die Strahlung der übrigen Teile des genannten Bereiches hindurchlassendes <° Interferenzfilter, welches ein periodisch symmetrisch aufgebautes Innensystem aufweist, und wobei beidseitig aus je einer Gruppe hochbrechender und einer Gruppe niederbrechender alternierender Schichten aufgebaute reflexions vermindernde is Außensysteme zur Schwächung unerwünschter sekundärer Reflexionsbanden vorgesehen sind, dadurchgekennzeichn e t, daß die Schichten einer der genannten Gruppen der Außensysteme denselben konstanten Brechungsindex "const besitzen wie eine erste Schichtengruppe des Innensystems und daß für jede Schicht der anderen der genannten Gruppen der Außensysteme mit einem von n_cgns, abweichenden variablen Brechungsindex /ij die Bedingung erfüllt ist, daß der Betrag des Produktes von \n_cans, — n,-| mal d_i kleiner ist als der Betrag dieses Produktes für die Schichten des Innensystems mit einem von M„_nsl abweichender Brechungsindex, wobei d_t die Schichtdicke bedeutet.

2. Interferenzfilter gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konstante Brechungsindex einer Gruppe von Schichten des Außensystems gleich ist dem Brechungsindex der niederbrechenden Schichten des alternierend aus hoch- und niederbrechenden Schichten aufgebauten Innensystems.

3. Interferenzfilter gemäß Patenta?*spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konstante Brechungsindex einer Gruppe von Schichten des Außensystems gleich ist dem Brechungsindex der hochbrechenden Schichten des alternierend aus hoch- und niederbrechenden Schichten aufgebauten Innensystems.

4. Interferenzfilter gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außensysteme die Schichtenfolge Aß, Bl, A, Bl, Aß aufweisen, wobei A eine Schicht von A/4 optischer Dicke und B1 eine Schicht mit anderem Brechungsindex von ebenfalls λ/4 optischer Dicke bedeutet, wobei λ die Wellenlänge minimaler Transmission des Filters darstellt.

5. Interferenzfilter gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag des Produktes \n_coni, - η,|</, für die mit ihrem Brechungsindex von n_conj, der einen Gruppe von Schichten des Außensystems abweichenden weiteren Schichten desselben von innen nach außen abnimmt.

60 Rahmen dieser Beschreibung optische Filter ver standen, welche innerhalb eines vorgegebenen Wellen längenbereiches ein bestimmtes Wellenlängenbanc reflektieren, dagegen Strahlung anderer Wellenlängei hindurchlassen. Im Idealfalle sollte also die Trans mission von einer Wellenlänge X₁ angefangen bis zi einer Wellenlänge X₁ hundert Prozent, von A₂ bis A null Prozent und von A₃ bis X_x wiederum hunder Prozent betragen. Den Wellenlängenbereich von A, bis Ä» nennt man dann den Arbeitsbereich des Filters die Bereiche von A₁ bis X₁ und von A₃ bis X₄. die Durch laßbereiche und den Bereich von X₁ bis A₃ den Sperr bereich. Solche Filter können vielfache Anwendung in der optischen Technik finden, z. B. sind sie wichtig für die Messung des Streulichtes von Monochro