多層ミラー
【課題】多層ミラー、特に多層分散ミラーを提供する。
【解決手段】基体（４）に堆積し且つ平行で平らな界面（６）を介して並んでいる異なる性質の複数の個々の層（２、３）を有し、個々の層（２、３）の間の界面（６）に対して傾斜しているビームが当たる側の平らな前面（５；５’）を有する。
【解決手段】基体（４）に堆積し且つ平行で平らな界面（６）を介して並んでいる異なる性質の複数の個々の層（２、３）を有し、個々の層（２、３）の間の界面（６）に対して傾斜しているビームが当たる側の平らな前面（５；５’）を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層ミラー、特に分散多層ミラーに関する。これは、基体に適用され且つ互いに平衡に配置された複数の異なる性質の個々の層、平らな界面、及びビームが当たる側の平らな前面を有する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー技術では、ピコ秒及びフェムト秒単位（１０フェムト秒未満まで）のパルス期間の比較的短いレーザーパルスが使用されるようになってきている。また科学分野以外でも、そのようなパルスレーザー装置は、例えば最高精度での材料の加工のために、超高速分光器で、ブロードバンド（広域帯）通信で、及びフェムト化学で使用されている。例えばＰＣＴ国際公開ＷＯ９８／１０４９４号明細書で参照されるそのような短いパルスレーザー装置で使用するレーザー結晶は、優れた熱的性能と幅広い蛍光帯を有し、それによって１０フェムト秒未満、又は５フェムト秒未満のパルス期間のレーザーパルスを発生させることができる。ここでは特に、特にチタンサファイア（Ｔｉ：Ｓ）レーザー結晶のような遷移金属でドープしたレーザー結晶を使用している。
【０００３】
そのような超短レーザーパルスを発生させる場合の１つの問題は、それぞれのレーザー系の光成分を残すことであり、ここでは特に、利用可能な広域分散成分を得ることが重要である。
【０００４】
例えば米国特許第５，７３４，５０３号明細書が参照される薄膜技術のレーザー装置のための分散ミラーを提供することが既に提案されている。ここではミラーは、異なる性質の複数の個々の層からなっており、すなわち屈折率が大きい及び小さい交互の層を有する。これは、超短レーザーパルス、すなわち対応する大きい周波数範囲を反射するときに、それらの機能を満たす。ここでは、レーザービームの異なる波長成分は、反射の前にミラーの個々の層に異なる深さまで入る。この様式では、周波数成分毎に、それぞれの侵入深さに応じて遅延時間が異なる。負の群遅延分散を達成しなければならない場合、短波長波は、最も外側で反射され、長波長成分は、反射の前にミラーに比較的深くまで侵入する。これは、長波周波数成分が、短波成分に比べて時間的に遅れることを意味している。この様式では、分散の補償は、レーザー装置の短パルスレーザービームに関して行うことができる。レーザービームの異なる周波数成分の特に短時間の範囲のパルスは、広周波数スペクトルを有し、主に密な伝播媒体（例えばレーザー結晶中）又はまた空気中で、異なる屈折率を「示す」（すなわち、電波媒体の光学厚さが、レーザーパルスの異なる周波数成分に関して異なる）。従ってレーザーパルスの異なる周波数成分は、電波媒体に通したときに遅延時間が異なる。この効果は、負の群遅延分散（ＧＤＤ）が作用する既知の分散薄膜レーザーミラーでの上述の分散補償によって打ち消す。これらの既知のミラーは、「チャープミラー」（ＣＭ）としても言及され、プリズムを含む従来の遅延要素を実質的に発展させたものである。第１に、１０フェムト秒及びそれ未満のパルス期間を有するレーザーパルスを、レーザー発振器から直接に得ることができ、またレーザー系をより小型で信頼可能なようにすることができる。ＣＭミラーは、多層構造への様々なスペクトル成分の侵入深さによって、上述のように群遅延の波長依存性を制御する。
【０００５】
これらのＣＭミラー及び非常に一般的な相当する多層ミラーでの１つの欠点は、波長にほとんど依存しない反射（例えば３％程度）が、最も上側の層と周囲との間の界面、すなわち放射を受ける最も前面で起こることである。結果として、この前面で反射されるビームと、ミラーの多層構造の比較的深いところで反射されるビームとの間で干渉が起こるので、これらの干渉効果は反射性を歪めることがあり、また結局、ミラーの相特性を全く歪めてしまうことがある。この効果を最少にするために、反射防止コーティング又は狭い帯域のバリアーフィルターを前面、すなわち周囲（一般に空気）との界面に提供することが提案されている（Ｆ．Ｘ．Ｋａｅｒｎｔｎｅｒ、Ｎ．Ｍａｔｕｓｃｈｅｃｋ、Ｔ．Ｔｓｃｈｉｂｉｌｉ、Ｕ．Ｋｅｌｌｅｒ、Ｈ．Ａ．Ｈａｕｓ、Ｃ．Ｈｅｉｎｅ、Ｒ．Ｍｏｒｆ、Ｖ．Ｓｃｈｅｕｅｒ、Ｍ．Ｔｉｌｓｃｈ、Ｔ．Ｔｓｃｈｕｄｉの「Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ−ｃｈｉｒｐｅｄ ｍｉｒｒｏｒｓ」、１９９７年、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ２２、８３１；及びＧ．Ｔｅｍｐｅａ、Ｆ．Ｋｒａｕｓｚ、Ｃｈ．Ｓｐｉｅｌｍａｎｎ、Ｋ．Ｆｅｒｅｎｃｚの「Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｖｅｒ １５０ＴＨｚ ｗｉｔｈ ｃｈｉｒｐｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｉｒｒｏｒｓ」、１９９８年、ＩＥＥＥ ＪＳＴＱＥ ４、１９３をそれぞれ参照）。干渉共鳴を効果的に抑制するために、前面での反射はわずか１０−４程度であるべきである。しかしながら、反射防止層及びバリアーフィルターは、非常に限定された帯域でのみ、そのような値に近づくのみである。従ってかつては、８００ｎｍの照射では、分散ミラーは１５０〜１６０ＴＨｚの帯域でのみ操作することができた。更に、共鳴干渉効果の完全な抑制は、そのような帯域でさえ可能ではなく、分散曲線が明らかな変動を示すことが多かった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、この状況を改善すること、及びミラーの前面で反射する放射によってもたらされる上述の干渉効果を単純な様式で避ける初めに示したタイプの多層ミラーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
初めに示した本発明の多層ミラーは、前面が、個々の層の間の界面に対して傾斜していることを特徴とする。ミラーの多層構造の前面、例えば誘電体（ミラー）と空気（周囲）との界面のようなミラーの最も前側の界面のこの傾斜配置によって、この前面で反射されるビームが、ミラー多層構造の他の界面で反射するビーム成分と一直線にならず、すなわちその軸が、他のビーム成分の軸に対して対応する角度で延びる。従って、ビームの重なり又は干渉がもはや起こらず（ミラーからのそれぞれの距離で、ビーム直径に依存して）、それによって上述の好ましくない干渉効果が避けられ、例えば広帯域分散補償が可能である。
【０００８】
ミラーの多層構造の他の界面に対して「傾斜」している前面の角度は、相対的に広い範囲で選択することができるが、原則としてこれは可能な限り小さい角度にする。例えばこれは１°又は数度のみである。一方でそのような小さい角度はミラーの製造の間に達成することが容易であり、他方で例えば２ｍｍの入射ビーム直径では、多層構造の内側界面によって反射した有益な束ビームは、６ｃｍ近い伝播長さの後で、傾斜した前面で斜めに反射したビームから完全に分離され、すなわち相撹乱干渉効果は、この距離の初めからもはや起こらない（ここではこの角度での下限を示している）。更に、小さい角度（１°又は数度のみ）は、ミラーの第１の層、すなわち最も外側の層（この層の外側面が傾斜前面を作っている）の厚さを薄く維持することも可能にする。くさび形の第１の外側の層によってもたらされる２次的な正の分散を最少化することができる（それによって随意にミラー全体として負の分散を得ることができる）ので、これは有利である。
【０００９】
しかしながら、外側の層で比較的大きい「くさび」角度を提供して、プリズム対を有する配置と同様に、例えば追加的な負の分散を導入することが望ましい場合がある。
【００１０】
用途に応じて、多層ミラー構造は、特定の基体、及びここに堆積したそれぞれの材料の適当な数の個々の薄膜を具備することができる。これを行うために、傾斜前面をくさび形の透明基体の外側面によって提供し、その後側に層を適用することが、ミラーの最も外側の層のくさび形状を達成する単純な方法であり、可能で有利な場合が多い。この態様では、予め製造した薄く透明なくさび形ガラス基体を使用して、前面の反対側の後面に、それ自体は既知の様式で所望の薄層、例えば相対的に屈折率が小さい層と屈折率が大きい層との交互の層を適用する。使用においては、入射ビームが初めにくさび形のガラス基体に到達し、このガラス基体の傾斜前面が特定の角度でビームを反射し、そしてビーム成分の波長に応じて所望の上述の反射がミラーの内部で起こる。ここで反射されたビーム成分は、前面において傾斜外側面で斜めに反射されたビームと干渉しない。
【００１１】
しかしながらこの態様では、薄いくさび形基体は、コーティング中でもたらされる張力によって波形になっていることがある。これは、基体の表面の質を低下させる。従って、多層ミラーの傾斜前面又は外側面を達成する他の特に有利な可能性は、傾斜前面が、厚さが直線的に変化する外側層の外側面によって提供されることからなる。この外側層は、他の個々の層と共に、ビームが当たる面と反対側の基体に適用する。従ってこのミラーの構造では、平らで厚くてよい基体は、ミラーの後面を作り、この基体に、それ自体既知の様式によって個々の層を適用する。くさび形の外側層を達成するために、すなわち層の厚さを直線的に変化させるために、薄膜の形のこの層の製造の間に、基体をいくらか傾けてチャンバーに配置すること、又は透過性が直線的に変化している適当なマスクを、最も外側の層の材料を適用するときに使用することができる。いずれの場合にも、既に得られている構造を、不均一な蒸気流れに露出させて外側層を作る。ここで、最も外側の層（最も上側の層）の厚さは、蒸気源からの距離が増加するに従って単調に減少する。
【００１２】
単純に製造できる他の有利な態様は、外側層を、くさび形ガラスプレートによって作ることである。コーティング／ガラスプレート界面の反射を避けるために、ガラスプレートは、屈折率を適応させた流体、光学接着剤又は光学セメントによってコーティングに適用することができる。
【００１３】
上述のように、ミラーの多層構造の前面で斜めに反射されるビーム自身の強度は比較的小さいが、これはミラー損失に影響する損失をもたらす。従って、ミラー損失を最少化するために、傾斜前面に反射防止コーティングを適用することが有利である。反射防止コーティング、特に多層コーティングはそれ自体既知であり、また反射防止コーティングは相にひずみをもたらさないことが知られている。試験は、この様式で傾斜前面での反射率を、５００〜１，０００ｎｍの波長について０．２％未満まで低下させられることを示している。完全にするためには、この反射防止コーティングは、ミラーの前面の傾斜に対応して、ミラー多層構造の内側の他の界面に対して傾斜して拡がっている層からなることに言及すべきである。反射防止コーティングの層としては、例えばＴｉＯ２層及びＳｉＯ２層、又はＴａ２Ｏ５及びＳｉＯ２層をそれぞれ使用することができる。
【００１４】
個々の層の厚さが基体からの距離と共に変化し、それによって所定の反射特性及び／又は所定の群遅延分散特性を示す場合、これは適当であることが分かっている。層厚さを変化させることによって、反射率及び分散性（群遅延分散）に関する特定の曲線を、ミラーの用途に応じて決定することができる。ここでは例えば負の群遅延分散の導入は、所定の正の群遅延分散の提供と同様に考慮することができる。特に、前面からの距離と共に個々の層の厚さが徐々に大きくなり、それによって負の、随意に一定の群遅延分散及び大きい反射率を予め決定されたスペクトル範囲で提供する場合、これは有利である。
【００１５】
本発明の多層分散ミラーは、平均の層厚さが最も前側の層からの距離と共に増加するチャープ構造を有することができ（米国特許第５，７３４，５０３号明細書参照）、また例えば先に挙げていないオーストリア国特許出願公開Ａ１１６０／９９号明細書で開示されているように共鳴構造を具備することができる。本発明の多層構造の構成のためには、ＳｉＯ２層及びＴｉＯ２層をそれ自体は既知の様式で、個々の層として交互に提供することができる。低コストで信頼可能な製造のためには、ＳｉＯ２層及びＴａ２Ｏ５層を個々の層として交互に提供することも考慮される。Ｔａ２Ｏ５の吸収限界が比較的短い波長であり、それによってこの材料の破壊しきい値が比較的大きいので、Ｔａ２Ｏ５層を有するそのような層も有利である。
【００１６】
本発明のミラーの他の有利な態様は、個々の層として、比較的低屈折率の半導体層と比較的高屈折率の半導体層とを交互に提供する場合に得られる。そのような半導体の態様の１つの利点は、それ自体は既知の飽和可能吸収材層を、ミラーの多層構造に挿入することを可能にすることである。これは、レーザーデバイスで使用する場合に特に有利である。
【００１７】
本発明のミラーは、上述のように、レーザーデバイス、特に短パルスレーザーデバイスで、特に分散制御のための要素として使用するのに特に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、くさび状前側ガラス基体を有する分散多層ミラーの構造を示す図である。
【図２】図２は、用途によって選択される後側基体を層構造のベースとして提供した他の分散多層ミラーの構造を示す図である。
【図３】図３は、特定の分散（角度分散）の補償のための、例えば図１（又は図２）の２つの分散ミラーの配置を示す図である。
【図４】図４は、波長λに依存する図１又は図２のミラーの反射率Ｒを示す図である。
【図５】図５は、波長λに対する図１又は２のミラーの群遅延分散ＧＤＤを示す図である。
【図６】図６は、図１又は図２の他のミラーの波長λに対する反射率Ｒを示す図である。ここでこのミラーは、ポンプ波長の範囲での大きい透過率によって、レーザー共鳴子の組み合わせミラーとして使用することができる。
【図７】図７は、図１又は図２の他のミラーの波長λに対する群遅延分散（ＧＤＤ）を示す図である。ここでこのミラーは、ポンプ波長の範囲での大きい透過率によって、レーザー共鳴子の組み合わせミラーとして使用することができる。
【図８】図８は、図２と同様に後側基体を有するように設計された分散ミラーの特に好ましい態様を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、添付の図を参照して、特に好ましい例示の態様を比較的詳細に説明することによって本発明を説明する。しかしながら、これらは本発明を限定するものではない。
【００２０】
図１では、多層分散ミラー１を概略で示している。これは、相対的に屈折率が小さい個々の層２と相対的に屈折率が大きい個々の層３とを有する。これらの個々の層２、３は交互に配置されており、例えば全部で３０又はそれよりも多くの個々の層２、３を提供することができる。これらの個々の層２、３は、くさび形の薄い透明基体４、特にガラス基体の後側に、それ自体は既知の様式で、例えば気相堆積によって適用する。図から理解できるように、基体４はくさび形であり、すなわちその厚さは最少厚さの一方の側から最大厚さの他方の側へと直線的に増加し、それによって前面５が、個々の層２、３の間の界面６に対して角度αで傾斜して拡がっている。
【００２１】
前面５に達するビーム７、特にレーザービームは、基体４を貫き、その個々の周波数成分の波長に依存して、それぞれの界面６でミラー１の多層構造２、３の異なる深さで反射され、それによって反射ビーム８の上述の分散制御を達成する。原則として、負の群遅延分散ＧＤＤが提供され、比較的長い波長の波が、多層構造２、３に比較的深くまで浸入し、ミラー１の比較的外側で反射される短波長成分よりも比較的長く遅延する。
【００２２】
示されているように、ミラー１の前面においては、傾斜前面がない場合には好ましくない反射が通常起こる。この場合、ここで反射されるビームは、ミラー１の多層構造２、３において反射されるビームと干渉する。この干渉は、反射性及びミラーの相特性の明らかなひずみをもたらす。これらの干渉効果を避けるために、上述のように前面５を他の複数の界面６に対して傾斜させて配置し、それによってそれぞれミラー１の前面５又は５’で反射されたビーム９が、それぞれ前面５又は５’の傾斜αの２倍の角度で反射する。この様式では、この斜めに反射したビーム９が、少なくとも比較的短い距離では全く干渉要素とはならない。これは、それぞれ前面５又は５’の傾斜角、及び入射ビーム７の直径に依存して、ビーム９が、数センチメートル程度の比較的短い距離の伝播で、有益なビーム７及び８から完全に分離され、それによってこの距離から、相を乱す干渉効果がもはや起こらないことによる。
【００２３】
斜めに反射したビーム９は、ミラー１の損失に貢献するので、反射防止コーティング１０を、好ましくは層２、３のための基体を作るくさび形の層４の前面５に適用する。この反射防止層は、交互の比較的屈折率が小さい層１１又は比較的屈折率が大きい層１２の複数の個々の層１１、１２を有する。この反射防止コーティングのために、例えばＴｉＯ２及びＳｉＯ２層、又はＴａ２Ｏ５及びＳｉＯ２層を交互に、それ自体は既知の様式で使用することができる。ここでは原則として、１５未満の層で十分であり、この反射防止コーティングによってはひずみがもたらされない。そのようは反射防止コーティング１０では、５００ｎｍ〜１，０００ｎｍの関心のある波長範囲について、外側の前面５’（ミラー１と周囲との界面）での反射を０．２％未満まで弱めることができる。
【００２４】
完全にするために、図１では、表面法線１３を示している。これは前面５’に対して垂直で、且つ入射ビーム７と、前面５’で斜めに反射されるビーム９との間の角度の２等分線となる。
【００２５】
図１のミラー１を作るために、例えば以下の層構造を選択することができる：
【００２６】
材料 層厚さ（ｎｍ）
くさび形基体４
ＳｉＯ２ ２５９．８０
ＴｉＯ２ １５．００
ＳｉＯ２ ６１．３８
ＴｉＯ２ ５９．１２
ＳｉＯ２ １８．８１
ＴｉＯ２ ７９．３０
ＳｉＯ２ ７２．８９
ＴｉＯ２ ２１．１６
ＳｉＯ２ １１８．２４
ＴｉＯ２ ５６．１３
ＳｉＯ２ ３０．３０
ＴｉＯ２ ７５．６６
ＳｉＯ２ ９６．４１
ＴｉＯ２ ３３．４０
ＳｉＯ２ ７６．２５
ＴｉＯ２ ７６．３１
ＳｉＯ２ ８０．３１
ＴｉＯ２ ３５．１０
ＳｉＯ２ １０８．４９
ＴｉＯ２ ７３．０１
ＳｉＯ２ ７２．７３
ＴｉＯ２ ４８．５８
ＳｉＯ２ １０２．７０
ＴｉＯ２ ７６．０２
ＳｉＯ２ ９５．０１
ＴｉＯ２ ４２．５３
ＳｉＯ２ １００．４５
ＴｉＯ２ ９７．８６
ＳｉＯ２ １００．４７
ＴｉＯ２ ５０．８１
ＳｉＯ２ ９３．０９
ＴｉＯ２ ８２．４３
ＳｉＯ２ １３２．７５
ＴｉＯ２ ７６．１７
ＳｉＯ２ ８４．２２
ＴｉＯ２ ６９．１８
ＳｉＯ２ １４８．６８
ＴｉＯ２ ７８．５５
ＳｉＯ２ １１７．８２
ＴｉＯ２ ７９．６０
ＳｉＯ２ １５４．２７
ＴｉＯ２ ７８．２５
ＳｉＯ２ １１６．５０
ＴｉＯ２ １０９．８９
ＳｉＯ２ １４３．５１
ＴｉＯ２ ８９．８５
ＳｉＯ２ １５８．３８
ＴｉＯ２ ７６．０１
ＳｉＯ２ １７４．５２
ＴｉＯ２ ８６．９４
ＳｉＯ２ １８６．０３
ＴｉＯ２ ９６．８１
ＳｉＯ２ １６７．７８
ＴｉＯ２ １０６．０９
ＳｉＯ２ １９１．５４
ＴｉＯ２ １２０．８３
ＳｉＯ２ １８７．０５
ＴｉＯ２ １２２．０９
ＳｉＯ２ ３０７．８０
【００２７】
このようなミラーに関して、波長λ（ｎｍ）での反射率Ｒ（％）及び群遅延分散ＧＤＤ（ｆｓ２）はそれぞれ、図４及び５で示している。図４から理解できるように、反射率Ｒは５００〜１，０００ｎｍの波長範囲で実際に一定であり、図５で示される群遅延分散ＧＤＤはわずかに波形の変化を示す。
【００２８】
図２では、多層分散ミラー１の他の態様が示されている。ここでは、それぞれ屈折率が比較的大きい又は屈折率が比較的小さい交互の個々のミラー層２、３を、従来の様式で基体１４の後側に適用している。くさび形の外側層４’は、最も前側のミラー層を作っており、その層厚さは、角度αに対応して直線的に増加し、それによってその前面５が、他の個々のミラー層２、３の間の界面に対して角度αで傾斜して拡がっている。ここでは、反射防止コーティング１０も外側層４’の前面５に適用しており、この反射防止コーティング１０は、屈折理の大きい又は小さい交互のそれぞれの層１１及び１２でできている。これによって、反射防止コーティング１０の前面５’で反射する望ましくないビーム９の強度は、非常に弱く維持され、それによってミラー損失が最少になる。
【００２９】
くさび形の外側層４’は例えば、既に適用されている個々の層２、３を有する基体１４を所望の傾斜位置でコーティングチャンバーに傾斜させて配置し、それによって実際に基体に不均一な蒸気の流れが提供されるようにして作ることができる。層４’の厚さは、蒸気供給源からの距離が増加すると直線的に減少する。
他の可能な様式は、層４’のための材料の蒸気相からの堆積の間に、対応する不均一なマスクを使用することからなる。これによって、層４’の直線的に変化する層厚さを得ることができる。
【００３０】
図６及び７では、図２のミラー１に関して、波長λでの反射率Ｒ（図６）及び波長λでの群遅延分散ＧＤＤ（図７）を示している。ここでは、約５８０ｎｍ〜９５０ｎｍの波長範囲での反射率Ｒの一定性、６００ｎｍ〜９５０ｎｍの範囲での約−３０ｆｓ２〜−３８ｆｓ２の群遅延分散のわずかに波形の変化、及びポンプビーム波長（５２０ｎｍ〜５４０ｎｍ）の付近の高い透過率が観察される。
【００３１】
図８では、図２に関して変更された多層分散ミラーの態様を示している。ここではまた、分散補償のための多層構造２、３が、厚く平行な後側光学基体１４に適用されている。この多層構造２、３の前面には、くさび形のガラスプレート４”が、外側層として適用されている。これは、到達するビーム７に対する傾斜前面５を作っている。また反射した有益なビームは、８で示しており、前面５で反射した望ましくないビームは、９で示している。この望ましくないビーム９は、斜めに進行して、上述の有益なビーム８との干渉を避ける。くさび形のガラスプレート４”は、上述の態様でのように、その前面５に反射防止コーティング１０を有することができる。
【００３２】
多層構造２、３／くさび形ガラスプレート４”の界面での反射を避けるために、屈折率を調節する層１６を提供し、これを経由させてくさび形のガラスプレート４”を、多層構造２、３、すなわちその最も前側の個々の層２又は３に接続することができる。詳しくは、屈折率を調整する流体を使用することができ、又はガラスプレート４”を光学接着剤若しくは光学セメントによって固定することができる。材料の例としては、屈折率調整流体としての様々な濃度の脂肪族及び脂環式炭化水素、又は光学セメント若しくは重合性モノマー光学接着剤としての透明エポキシ樹脂を挙げることができる（米国特許第５，０４５，３９７号明細書参照）。
【００３３】
それぞれの用途に依存して、多層ミラー１の個々の層２、３は、外側層４’（それぞれ図２又は８）又は基体４（図１）からの距離に応じた厚さ、特にこの距離の平均と共に厚くなる厚さを有し、それによってそれぞれ特定の範囲で負の群遅延分散ＧＤＤ及び大きい反射率Ｒを得ることができる。
【００３４】
ミラー１は、いわゆるチャープミラー（ＣＭ）でよく、またこれは共鳴層構造でよい。更に個々の層２、３は、それ自体従来の半導体層であって、ミラー構造に飽和可能吸収材料を導入することができる。
【００３５】
それぞれ特定の（角度）分散を避ける又は補償するために、傾斜前面５又は５’をここで示すようにそれぞれ有するミラー１を、図３で示すように対にして、使用することが適当である。この様式では、ミラー１によって提供される特定の角度分散は、他のミラー、例えば図３のミラー１ａによって補償することができる。更にミラー対１、１ａのそのような配置は、全体の分散の正確な調節を可能にする。ここではこれらのミラーのうちの１つ、例えばミラー１ａは、図３の矢印１５で示されるように、横方向に移動させることができる。
【００３６】
本発明の多層ミラー１の前面５又は５’の上述の傾斜配置によって、最も外側の界面（それぞれ前面５又は５’）でのインピーダンスの不十分な調整が避けられ、またミラーの高反射帯域未満での透過率が実質的に改良される。これは、比較的大きい程度の干渉帯域が部分的に抑制されることによる。従って、それぞれ傾斜前面５又は５’を有する本発明のミラー１は、図４〜７で示されるように、６００ｎｍ〜９５０ｎｍの波長域での比較的大きい反射率Ｒ及び一定の群遅延分分散ＧＤＤ、並びに一般的なポンプ波長（５２０ｎｍ〜５４０ｎｍ）の付近での大きい透過率を有することができる。ポンプビーム波長でのブラッグミラーの透過は、層構造の他の界面６に対して最も前側の界面６を傾斜させて配置することによって増加させることができる。層２、３、４、４’、４”、特に外側層４又は４’又は４”の公称厚さからの偏差に関して、本発明のミラー１は、従来のチャープミラーよりも感受性でない。従来のチャープミラーは、常に相対的にわずかな製造誤差が、著しい変化、特にＧＤＤ曲線の変化をもたらすことがある。
【００３７】
本発明のミラー１の比較的大きい安定性は、固有の多層構造と最も上側のくさび形層４又は４’又は４”の間のインピーダンスの調整を、層構造に依存しないで達成するという事実によって得られる。統計的な試験は、３００ｎｍ〜８００ｎｍで−４５ｆｓの群遅延分散を示す従来のチャープミラーは、公称層厚さからの平均偏差が０．５ｎｍのときに、目的値（８００ｎｍ）において１００％の最大強度で群遅延分散特性線が変動することを示した。等しい条件では、傾斜前面５又は５’を有するミラーはそれぞれ、８００ｎｍでの群遅延分散変動の最大強度はたったの３０％であった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層ミラー、特に分散多層ミラーに関する。これは、基体に適用され且つ互いに平衡に配置された複数の異なる性質の個々の層、平らな界面、及びビームが当たる側の平らな前面を有する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー技術では、ピコ秒及びフェムト秒単位（１０フェムト秒未満まで）のパルス期間の比較的短いレーザーパルスが使用されるようになってきている。また科学分野以外でも、そのようなパルスレーザー装置は、例えば最高精度での材料の加工のために、超高速分光器で、ブロードバンド（広域帯）通信で、及びフェムト化学で使用されている。例えばＰＣＴ国際公開ＷＯ９８／１０４９４号明細書で参照されるそのような短いパルスレーザー装置で使用するレーザー結晶は、優れた熱的性能と幅広い蛍光帯を有し、それによって１０フェムト秒未満、又は５フェムト秒未満のパルス期間のレーザーパルスを発生させることができる。ここでは特に、特にチタンサファイア（Ｔｉ：Ｓ）レーザー結晶のような遷移金属でドープしたレーザー結晶を使用している。
【０００３】
そのような超短レーザーパルスを発生させる場合の１つの問題は、それぞれのレーザー系の光成分を残すことであり、ここでは特に、利用可能な広域分散成分を得ることが重要である。
【０００４】
例えば米国特許第５，７３４，５０３号明細書が参照される薄膜技術のレーザー装置のための分散ミラーを提供することが既に提案されている。ここではミラーは、異なる性質の複数の個々の層からなっており、すなわち屈折率が大きい及び小さい交互の層を有する。これは、超短レーザーパルス、すなわち対応する大きい周波数範囲を反射するときに、それらの機能を満たす。ここでは、レーザービームの異なる波長成分は、反射の前にミラーの個々の層に異なる深さまで入る。この様式では、周波数成分毎に、それぞれの侵入深さに応じて遅延時間が異なる。負の群遅延分散を達成しなければならない場合、短波長波は、最も外側で反射され、長波長成分は、反射の前にミラーに比較的深くまで侵入する。これは、長波周波数成分が、短波成分に比べて時間的に遅れることを意味している。この様式では、分散の補償は、レーザー装置の短パルスレーザービームに関して行うことができる。レーザービームの異なる周波数成分の特に短時間の範囲のパルスは、広周波数スペクトルを有し、主に密な伝播媒体（例えばレーザー結晶中）又はまた空気中で、異なる屈折率を「示す」（すなわち、電波媒体の光学厚さが、レーザーパルスの異なる周波数成分に関して異なる）。従ってレーザーパルスの異なる周波数成分は、電波媒体に通したときに遅延時間が異なる。この効果は、負の群遅延分散（ＧＤＤ）が作用する既知の分散薄膜レーザーミラーでの上述の分散補償によって打ち消す。これらの既知のミラーは、「チャープミラー」（ＣＭ）としても言及され、プリズムを含む従来の遅延要素を実質的に発展させたものである。第１に、１０フェムト秒及びそれ未満のパルス期間を有するレーザーパルスを、レーザー発振器から直接に得ることができ、またレーザー系をより小型で信頼可能なようにすることができる。ＣＭミラーは、多層構造への様々なスペクトル成分の侵入深さによって、上述のように群遅延の波長依存性を制御する。
【０００５】
これらのＣＭミラー及び非常に一般的な相当する多層ミラーでの１つの欠点は、波長にほとんど依存しない反射（例えば３％程度）が、最も上側の層と周囲との間の界面、すなわち放射を受ける最も前面で起こることである。結果として、この前面で反射されるビームと、ミラーの多層構造の比較的深いところで反射されるビームとの間で干渉が起こるので、これらの干渉効果は反射性を歪めることがあり、また結局、ミラーの相特性を全く歪めてしまうことがある。この効果を最少にするために、反射防止コーティング又は狭い帯域のバリアーフィルターを前面、すなわち周囲（一般に空気）との界面に提供することが提案されている（Ｆ．Ｘ．Ｋａｅｒｎｔｎｅｒ、Ｎ．Ｍａｔｕｓｃｈｅｃｋ、Ｔ．Ｔｓｃｈｉｂｉｌｉ、Ｕ．Ｋｅｌｌｅｒ、Ｈ．Ａ．Ｈａｕｓ、Ｃ．Ｈｅｉｎｅ、Ｒ．Ｍｏｒｆ、Ｖ．Ｓｃｈｅｕｅｒ、Ｍ．Ｔｉｌｓｃｈ、Ｔ．Ｔｓｃｈｕｄｉの「Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ−ｃｈｉｒｐｅｄ ｍｉｒｒｏｒｓ」、１９９７年、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ２２、８３１；及びＧ．Ｔｅｍｐｅａ、Ｆ．Ｋｒａｕｓｚ、Ｃｈ．Ｓｐｉｅｌｍａｎｎ、Ｋ．Ｆｅｒｅｎｃｚの「Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｖｅｒ １５０ＴＨｚ ｗｉｔｈ ｃｈｉｒｐｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｉｒｒｏｒｓ」、１９９８年、ＩＥＥＥ ＪＳＴＱＥ ４、１９３をそれぞれ参照）。干渉共鳴を効果的に抑制するために、前面での反射はわずか１０−４程度であるべきである。しかしながら、反射防止層及びバリアーフィルターは、非常に限定された帯域でのみ、そのような値に近づくのみである。従ってかつては、８００ｎｍの照射では、分散ミラーは１５０〜１６０ＴＨｚの帯域でのみ操作することができた。更に、共鳴干渉効果の完全な抑制は、そのような帯域でさえ可能ではなく、分散曲線が明らかな変動を示すことが多かった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、この状況を改善すること、及びミラーの前面で反射する放射によってもたらされる上述の干渉効果を単純な様式で避ける初めに示したタイプの多層ミラーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
初めに示した本発明の多層ミラーは、前面が、個々の層の間の界面に対して傾斜していることを特徴とする。ミラーの多層構造の前面、例えば誘電体（ミラー）と空気（周囲）との界面のようなミラーの最も前側の界面のこの傾斜配置によって、この前面で反射されるビームが、ミラー多層構造の他の界面で反射するビーム成分と一直線にならず、すなわちその軸が、他のビーム成分の軸に対して対応する角度で延びる。従って、ビームの重なり又は干渉がもはや起こらず（ミラーからのそれぞれの距離で、ビーム直径に依存して）、それによって上述の好ましくない干渉効果が避けられ、例えば広帯域分散補償が可能である。
【０００８】
ミラーの多層構造の他の界面に対して「傾斜」している前面の角度は、相対的に広い範囲で選択することができるが、原則としてこれは可能な限り小さい角度にする。例えばこれは１°又は数度のみである。一方でそのような小さい角度はミラーの製造の間に達成することが容易であり、他方で例えば２ｍｍの入射ビーム直径では、多層構造の内側界面によって反射した有益な束ビームは、６ｃｍ近い伝播長さの後で、傾斜した前面で斜めに反射したビームから完全に分離され、すなわち相撹乱干渉効果は、この距離の初めからもはや起こらない（ここではこの角度での下限を示している）。更に、小さい角度（１°又は数度のみ）は、ミラーの第１の層、すなわち最も外側の層（この層の外側面が傾斜前面を作っている）の厚さを薄く維持することも可能にする。くさび形の第１の外側の層によってもたらされる２次的な正の分散を最少化することができる（それによって随意にミラー全体として負の分散を得ることができる）ので、これは有利である。
【０００９】
しかしながら、外側の層で比較的大きい「くさび」角度を提供して、プリズム対を有する配置と同様に、例えば追加的な負の分散を導入することが望ましい場合がある。
【００１０】
用途に応じて、多層ミラー構造は、特定の基体、及びここに堆積したそれぞれの材料の適当な数の個々の薄膜を具備することができる。これを行うために、傾斜前面をくさび形の透明基体の外側面によって提供し、その後側に層を適用することが、ミラーの最も外側の層のくさび形状を達成する単純な方法であり、可能で有利な場合が多い。この態様では、予め製造した薄く透明なくさび形ガラス基体を使用して、前面の反対側の後面に、それ自体は既知の様式で所望の薄層、例えば相対的に屈折率が小さい層と屈折率が大きい層との交互の層を適用する。使用においては、入射ビームが初めにくさび形のガラス基体に到達し、このガラス基体の傾斜前面が特定の角度でビームを反射し、そしてビーム成分の波長に応じて所望の上述の反射がミラーの内部で起こる。ここで反射されたビーム成分は、前面において傾斜外側面で斜めに反射されたビームと干渉しない。
【００１１】
しかしながらこの態様では、薄いくさび形基体は、コーティング中でもたらされる張力によって波形になっていることがある。これは、基体の表面の質を低下させる。従って、多層ミラーの傾斜前面又は外側面を達成する他の特に有利な可能性は、傾斜前面が、厚さが直線的に変化する外側層の外側面によって提供されることからなる。この外側層は、他の個々の層と共に、ビームが当たる面と反対側の基体に適用する。従ってこのミラーの構造では、平らで厚くてよい基体は、ミラーの後面を作り、この基体に、それ自体既知の様式によって個々の層を適用する。くさび形の外側層を達成するために、すなわち層の厚さを直線的に変化させるために、薄膜の形のこの層の製造の間に、基体をいくらか傾けてチャンバーに配置すること、又は透過性が直線的に変化している適当なマスクを、最も外側の層の材料を適用するときに使用することができる。いずれの場合にも、既に得られている構造を、不均一な蒸気流れに露出させて外側層を作る。ここで、最も外側の層（最も上側の層）の厚さは、蒸気源からの距離が増加するに従って単調に減少する。
【００１２】
単純に製造できる他の有利な態様は、外側層を、くさび形ガラスプレートによって作ることである。コーティング／ガラスプレート界面の反射を避けるために、ガラスプレートは、屈折率を適応させた流体、光学接着剤又は光学セメントによってコーティングに適用することができる。
【００１３】
上述のように、ミラーの多層構造の前面で斜めに反射されるビーム自身の強度は比較的小さいが、これはミラー損失に影響する損失をもたらす。従って、ミラー損失を最少化するために、傾斜前面に反射防止コーティングを適用することが有利である。反射防止コーティング、特に多層コーティングはそれ自体既知であり、また反射防止コーティングは相にひずみをもたらさないことが知られている。試験は、この様式で傾斜前面での反射率を、５００〜１，０００ｎｍの波長について０．２％未満まで低下させられることを示している。完全にするためには、この反射防止コーティングは、ミラーの前面の傾斜に対応して、ミラー多層構造の内側の他の界面に対して傾斜して拡がっている層からなることに言及すべきである。反射防止コーティングの層としては、例えばＴｉＯ２層及びＳｉＯ２層、又はＴａ２Ｏ５及びＳｉＯ２層をそれぞれ使用することができる。
【００１４】
個々の層の厚さが基体からの距離と共に変化し、それによって所定の反射特性及び／又は所定の群遅延分散特性を示す場合、これは適当であることが分かっている。層厚さを変化させることによって、反射率及び分散性（群遅延分散）に関する特定の曲線を、ミラーの用途に応じて決定することができる。ここでは例えば負の群遅延分散の導入は、所定の正の群遅延分散の提供と同様に考慮することができる。特に、前面からの距離と共に個々の層の厚さが徐々に大きくなり、それによって負の、随意に一定の群遅延分散及び大きい反射率を予め決定されたスペクトル範囲で提供する場合、これは有利である。
【００１５】
本発明の多層分散ミラーは、平均の層厚さが最も前側の層からの距離と共に増加するチャープ構造を有することができ（米国特許第５，７３４，５０３号明細書参照）、また例えば先に挙げていないオーストリア国特許出願公開Ａ１１６０／９９号明細書で開示されているように共鳴構造を具備することができる。本発明の多層構造の構成のためには、ＳｉＯ２層及びＴｉＯ２層をそれ自体は既知の様式で、個々の層として交互に提供することができる。低コストで信頼可能な製造のためには、ＳｉＯ２層及びＴａ２Ｏ５層を個々の層として交互に提供することも考慮される。Ｔａ２Ｏ５の吸収限界が比較的短い波長であり、それによってこの材料の破壊しきい値が比較的大きいので、Ｔａ２Ｏ５層を有するそのような層も有利である。
【００１６】
本発明のミラーの他の有利な態様は、個々の層として、比較的低屈折率の半導体層と比較的高屈折率の半導体層とを交互に提供する場合に得られる。そのような半導体の態様の１つの利点は、それ自体は既知の飽和可能吸収材層を、ミラーの多層構造に挿入することを可能にすることである。これは、レーザーデバイスで使用する場合に特に有利である。
【００１７】
本発明のミラーは、上述のように、レーザーデバイス、特に短パルスレーザーデバイスで、特に分散制御のための要素として使用するのに特に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、くさび状前側ガラス基体を有する分散多層ミラーの構造を示す図である。
【図２】図２は、用途によって選択される後側基体を層構造のベースとして提供した他の分散多層ミラーの構造を示す図である。
【図３】図３は、特定の分散（角度分散）の補償のための、例えば図１（又は図２）の２つの分散ミラーの配置を示す図である。
【図４】図４は、波長λに依存する図１又は図２のミラーの反射率Ｒを示す図である。
【図５】図５は、波長λに対する図１又は２のミラーの群遅延分散ＧＤＤを示す図である。
【図６】図６は、図１又は図２の他のミラーの波長λに対する反射率Ｒを示す図である。ここでこのミラーは、ポンプ波長の範囲での大きい透過率によって、レーザー共鳴子の組み合わせミラーとして使用することができる。
【図７】図７は、図１又は図２の他のミラーの波長λに対する群遅延分散（ＧＤＤ）を示す図である。ここでこのミラーは、ポンプ波長の範囲での大きい透過率によって、レーザー共鳴子の組み合わせミラーとして使用することができる。
【図８】図８は、図２と同様に後側基体を有するように設計された分散ミラーの特に好ましい態様を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、添付の図を参照して、特に好ましい例示の態様を比較的詳細に説明することによって本発明を説明する。しかしながら、これらは本発明を限定するものではない。
【００２０】
図１では、多層分散ミラー１を概略で示している。これは、相対的に屈折率が小さい個々の層２と相対的に屈折率が大きい個々の層３とを有する。これらの個々の層２、３は交互に配置されており、例えば全部で３０又はそれよりも多くの個々の層２、３を提供することができる。これらの個々の層２、３は、くさび形の薄い透明基体４、特にガラス基体の後側に、それ自体は既知の様式で、例えば気相堆積によって適用する。図から理解できるように、基体４はくさび形であり、すなわちその厚さは最少厚さの一方の側から最大厚さの他方の側へと直線的に増加し、それによって前面５が、個々の層２、３の間の界面６に対して角度αで傾斜して拡がっている。
【００２１】
前面５に達するビーム７、特にレーザービームは、基体４を貫き、その個々の周波数成分の波長に依存して、それぞれの界面６でミラー１の多層構造２、３の異なる深さで反射され、それによって反射ビーム８の上述の分散制御を達成する。原則として、負の群遅延分散ＧＤＤが提供され、比較的長い波長の波が、多層構造２、３に比較的深くまで浸入し、ミラー１の比較的外側で反射される短波長成分よりも比較的長く遅延する。
【００２２】
示されているように、ミラー１の前面においては、傾斜前面がない場合には好ましくない反射が通常起こる。この場合、ここで反射されるビームは、ミラー１の多層構造２、３において反射されるビームと干渉する。この干渉は、反射性及びミラーの相特性の明らかなひずみをもたらす。これらの干渉効果を避けるために、上述のように前面５を他の複数の界面６に対して傾斜させて配置し、それによってそれぞれミラー１の前面５又は５’で反射されたビーム９が、それぞれ前面５又は５’の傾斜αの２倍の角度で反射する。この様式では、この斜めに反射したビーム９が、少なくとも比較的短い距離では全く干渉要素とはならない。これは、それぞれ前面５又は５’の傾斜角、及び入射ビーム７の直径に依存して、ビーム９が、数センチメートル程度の比較的短い距離の伝播で、有益なビーム７及び８から完全に分離され、それによってこの距離から、相を乱す干渉効果がもはや起こらないことによる。
【００２３】
斜めに反射したビーム９は、ミラー１の損失に貢献するので、反射防止コーティング１０を、好ましくは層２、３のための基体を作るくさび形の層４の前面５に適用する。この反射防止層は、交互の比較的屈折率が小さい層１１又は比較的屈折率が大きい層１２の複数の個々の層１１、１２を有する。この反射防止コーティングのために、例えばＴｉＯ２及びＳｉＯ２層、又はＴａ２Ｏ５及びＳｉＯ２層を交互に、それ自体は既知の様式で使用することができる。ここでは原則として、１５未満の層で十分であり、この反射防止コーティングによってはひずみがもたらされない。そのようは反射防止コーティング１０では、５００ｎｍ〜１，０００ｎｍの関心のある波長範囲について、外側の前面５’（ミラー１と周囲との界面）での反射を０．２％未満まで弱めることができる。
【００２４】
完全にするために、図１では、表面法線１３を示している。これは前面５’に対して垂直で、且つ入射ビーム７と、前面５’で斜めに反射されるビーム９との間の角度の２等分線となる。
【００２５】
図１のミラー１を作るために、例えば以下の層構造を選択することができる：
【００２６】
材料 層厚さ（ｎｍ）
くさび形基体４
ＳｉＯ２ ２５９．８０
ＴｉＯ２ １５．００
ＳｉＯ２ ６１．３８
ＴｉＯ２ ５９．１２
ＳｉＯ２ １８．８１
ＴｉＯ２ ７９．３０
ＳｉＯ２ ７２．８９
ＴｉＯ２ ２１．１６
ＳｉＯ２ １１８．２４
ＴｉＯ２ ５６．１３
ＳｉＯ２ ３０．３０
ＴｉＯ２ ７５．６６
ＳｉＯ２ ９６．４１
ＴｉＯ２ ３３．４０
ＳｉＯ２ ７６．２５
ＴｉＯ２ ７６．３１
ＳｉＯ２ ８０．３１
ＴｉＯ２ ３５．１０
ＳｉＯ２ １０８．４９
ＴｉＯ２ ７３．０１
ＳｉＯ２ ７２．７３
ＴｉＯ２ ４８．５８
ＳｉＯ２ １０２．７０
ＴｉＯ２ ７６．０２
ＳｉＯ２ ９５．０１
ＴｉＯ２ ４２．５３
ＳｉＯ２ １００．４５
ＴｉＯ２ ９７．８６
ＳｉＯ２ １００．４７
ＴｉＯ２ ５０．８１
ＳｉＯ２ ９３．０９
ＴｉＯ２ ８２．４３
ＳｉＯ２ １３２．７５
ＴｉＯ２ ７６．１７
ＳｉＯ２ ８４．２２
ＴｉＯ２ ６９．１８
ＳｉＯ２ １４８．６８
ＴｉＯ２ ７８．５５
ＳｉＯ２ １１７．８２
ＴｉＯ２ ７９．６０
ＳｉＯ２ １５４．２７
ＴｉＯ２ ７８．２５
ＳｉＯ２ １１６．５０
ＴｉＯ２ １０９．８９
ＳｉＯ２ １４３．５１
ＴｉＯ２ ８９．８５
ＳｉＯ２ １５８．３８
ＴｉＯ２ ７６．０１
ＳｉＯ２ １７４．５２
ＴｉＯ２ ８６．９４
ＳｉＯ２ １８６．０３
ＴｉＯ２ ９６．８１
ＳｉＯ２ １６７．７８
ＴｉＯ２ １０６．０９
ＳｉＯ２ １９１．５４
ＴｉＯ２ １２０．８３
ＳｉＯ２ １８７．０５
ＴｉＯ２ １２２．０９
ＳｉＯ２ ３０７．８０
【００２７】
このようなミラーに関して、波長λ（ｎｍ）での反射率Ｒ（％）及び群遅延分散ＧＤＤ（ｆｓ２）はそれぞれ、図４及び５で示している。図４から理解できるように、反射率Ｒは５００〜１，０００ｎｍの波長範囲で実際に一定であり、図５で示される群遅延分散ＧＤＤはわずかに波形の変化を示す。
【００２８】
図２では、多層分散ミラー１の他の態様が示されている。ここでは、それぞれ屈折率が比較的大きい又は屈折率が比較的小さい交互の個々のミラー層２、３を、従来の様式で基体１４の後側に適用している。くさび形の外側層４’は、最も前側のミラー層を作っており、その層厚さは、角度αに対応して直線的に増加し、それによってその前面５が、他の個々のミラー層２、３の間の界面に対して角度αで傾斜して拡がっている。ここでは、反射防止コーティング１０も外側層４’の前面５に適用しており、この反射防止コーティング１０は、屈折理の大きい又は小さい交互のそれぞれの層１１及び１２でできている。これによって、反射防止コーティング１０の前面５’で反射する望ましくないビーム９の強度は、非常に弱く維持され、それによってミラー損失が最少になる。
【００２９】
くさび形の外側層４’は例えば、既に適用されている個々の層２、３を有する基体１４を所望の傾斜位置でコーティングチャンバーに傾斜させて配置し、それによって実際に基体に不均一な蒸気の流れが提供されるようにして作ることができる。層４’の厚さは、蒸気供給源からの距離が増加すると直線的に減少する。
他の可能な様式は、層４’のための材料の蒸気相からの堆積の間に、対応する不均一なマスクを使用することからなる。これによって、層４’の直線的に変化する層厚さを得ることができる。
【００３０】
図６及び７では、図２のミラー１に関して、波長λでの反射率Ｒ（図６）及び波長λでの群遅延分散ＧＤＤ（図７）を示している。ここでは、約５８０ｎｍ〜９５０ｎｍの波長範囲での反射率Ｒの一定性、６００ｎｍ〜９５０ｎｍの範囲での約−３０ｆｓ２〜−３８ｆｓ２の群遅延分散のわずかに波形の変化、及びポンプビーム波長（５２０ｎｍ〜５４０ｎｍ）の付近の高い透過率が観察される。
【００３１】
図８では、図２に関して変更された多層分散ミラーの態様を示している。ここではまた、分散補償のための多層構造２、３が、厚く平行な後側光学基体１４に適用されている。この多層構造２、３の前面には、くさび形のガラスプレート４”が、外側層として適用されている。これは、到達するビーム７に対する傾斜前面５を作っている。また反射した有益なビームは、８で示しており、前面５で反射した望ましくないビームは、９で示している。この望ましくないビーム９は、斜めに進行して、上述の有益なビーム８との干渉を避ける。くさび形のガラスプレート４”は、上述の態様でのように、その前面５に反射防止コーティング１０を有することができる。
【００３２】
多層構造２、３／くさび形ガラスプレート４”の界面での反射を避けるために、屈折率を調節する層１６を提供し、これを経由させてくさび形のガラスプレート４”を、多層構造２、３、すなわちその最も前側の個々の層２又は３に接続することができる。詳しくは、屈折率を調整する流体を使用することができ、又はガラスプレート４”を光学接着剤若しくは光学セメントによって固定することができる。材料の例としては、屈折率調整流体としての様々な濃度の脂肪族及び脂環式炭化水素、又は光学セメント若しくは重合性モノマー光学接着剤としての透明エポキシ樹脂を挙げることができる（米国特許第５，０４５，３９７号明細書参照）。
【００３３】
それぞれの用途に依存して、多層ミラー１の個々の層２、３は、外側層４’（それぞれ図２又は８）又は基体４（図１）からの距離に応じた厚さ、特にこの距離の平均と共に厚くなる厚さを有し、それによってそれぞれ特定の範囲で負の群遅延分散ＧＤＤ及び大きい反射率Ｒを得ることができる。
【００３４】
ミラー１は、いわゆるチャープミラー（ＣＭ）でよく、またこれは共鳴層構造でよい。更に個々の層２、３は、それ自体従来の半導体層であって、ミラー構造に飽和可能吸収材料を導入することができる。
【００３５】
それぞれ特定の（角度）分散を避ける又は補償するために、傾斜前面５又は５’をここで示すようにそれぞれ有するミラー１を、図３で示すように対にして、使用することが適当である。この様式では、ミラー１によって提供される特定の角度分散は、他のミラー、例えば図３のミラー１ａによって補償することができる。更にミラー対１、１ａのそのような配置は、全体の分散の正確な調節を可能にする。ここではこれらのミラーのうちの１つ、例えばミラー１ａは、図３の矢印１５で示されるように、横方向に移動させることができる。
【００３６】
本発明の多層ミラー１の前面５又は５’の上述の傾斜配置によって、最も外側の界面（それぞれ前面５又は５’）でのインピーダンスの不十分な調整が避けられ、またミラーの高反射帯域未満での透過率が実質的に改良される。これは、比較的大きい程度の干渉帯域が部分的に抑制されることによる。従って、それぞれ傾斜前面５又は５’を有する本発明のミラー１は、図４〜７で示されるように、６００ｎｍ〜９５０ｎｍの波長域での比較的大きい反射率Ｒ及び一定の群遅延分分散ＧＤＤ、並びに一般的なポンプ波長（５２０ｎｍ〜５４０ｎｍ）の付近での大きい透過率を有することができる。ポンプビーム波長でのブラッグミラーの透過は、層構造の他の界面６に対して最も前側の界面６を傾斜させて配置することによって増加させることができる。層２、３、４、４’、４”、特に外側層４又は４’又は４”の公称厚さからの偏差に関して、本発明のミラー１は、従来のチャープミラーよりも感受性でない。従来のチャープミラーは、常に相対的にわずかな製造誤差が、著しい変化、特にＧＤＤ曲線の変化をもたらすことがある。
【００３７】
本発明のミラー１の比較的大きい安定性は、固有の多層構造と最も上側のくさび形層４又は４’又は４”の間のインピーダンスの調整を、層構造に依存しないで達成するという事実によって得られる。統計的な試験は、３００ｎｍ〜８００ｎｍで−４５ｆｓの群遅延分散を示す従来のチャープミラーは、公称層厚さからの平均偏差が０．５ｎｍのときに、目的値（８００ｎｍ）において１００％の最大強度で群遅延分散特性線が変動することを示した。等しい条件では、傾斜前面５又は５’を有するミラーはそれぞれ、８００ｎｍでの群遅延分散変動の最大強度はたったの３０％であった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体（４；１４）に適用され且つ平行で平らな複数の界面（６）を介して並んでいる異なる光学的性質及び厚さの複数の個々の層（２、３）、及びビームが当たる側の平らな前面（５；５’）を有する、所定の群遅延分散を提供する多層ミラー（１）であって、前記前面（５；５’）が、前記個々の層（２、３）の間の前記界面（６）に対して傾斜していることを特徴とする、多層ミラー（１）。
【請求項２】
前記傾斜前面（５；５’）が、直線的に厚さが変化する外側層（４’）の外側面によって提供されており、この外側層（４’）が、他の前記個々の層（２、３）と共に、ビームが当たる側の反対側の基体（１４）に適用されていることを特徴とする、請求項１に記載のミラー。
【請求項３】
前記外側層が、くさび形ガラスプレート（４”）によって作られていることを特徴とする、請求項２に記載のミラー。
【請求項４】
前記くさび形ガラスプレート（４”）が、屈折率調整流体によって最も前側の前記個々の層（２又は３）に適用されていることを特徴とする、請求項３に記載のミラー。
【請求項５】
前記くさび形ガラスプレート（４”）が、光学接着剤によって最も前側の前記個々の層（２又は３）に適用されていることを特徴とする、請求項３に記載のミラー。
【請求項６】
前記くさび形ガラスプレート（４”）が、光学セメントによって最も前側の前記個々の層（２又は３）に適用されていることを特徴とする、請求項３に記載のミラー。
【請求項７】
前記傾斜前面（５；５’）が、くさび形透明基体（４）の外側面によって提供されており、このくさび形透明基体の後面に、前記層（２、３）が結合している（図１）、請求項１に記載のミラー。
【請求項８】
適当に傾斜した前面（５’）を有する反射防止コーティング（１０）が、前記傾斜前面（５）に適用されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のミラー。
【請求項９】
前記個々の層（２、３）の厚さが、前記基体（４；１４）からの距離と共に変化しており、それによって所定の反射特性及び／又は所定の群遅延分散特性を達成することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のミラー。
【請求項１０】
前記個々の層（２、３）の厚さが前記前面（５；５’）からの距離と共に一般に増加しており、それによって所定のスペクトル範囲での高反射率及び負の、随意に一定の群遅延分散を提供することを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載のミラー。
【請求項１１】
前記個々の層（２、３）として、ＳｉＯ２層及びＴｉＯ２層が交互に提供されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のミラー。
【請求項１２】
前記個々の層（２、３）として、ＳｉＯ２層及びＴａ２Ｏ５層が交互に提供されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のミラー。
【請求項１３】
前記個々の層（２、３）として、比較的屈折率が小さい半導体層及び比較的屈折率が大きい半導体層が交互に提供されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のミラー。
【請求項１４】
レーザーデバイスでの請求項１〜１３のいずれかに記載のミラーの使用。
【請求項１５】
短パルスレーザーデバイスでの請求項１〜１３のいずれかに記載のミラーの使用。
【請求項１】
基体（４；１４）に適用され且つ平行で平らな複数の界面（６）を介して並んでいる異なる光学的性質及び厚さの複数の個々の層（２、３）、及びビームが当たる側の平らな前面（５；５’）を有する、所定の群遅延分散を提供する多層ミラー（１）であって、前記前面（５；５’）が、前記個々の層（２、３）の間の前記界面（６）に対して傾斜していることを特徴とする、多層ミラー（１）。
【請求項２】
前記傾斜前面（５；５’）が、直線的に厚さが変化する外側層（４’）の外側面によって提供されており、この外側層（４’）が、他の前記個々の層（２、３）と共に、ビームが当たる側の反対側の基体（１４）に適用されていることを特徴とする、請求項１に記載のミラー。
【請求項３】
前記外側層が、くさび形ガラスプレート（４”）によって作られていることを特徴とする、請求項２に記載のミラー。
【請求項４】
前記くさび形ガラスプレート（４”）が、屈折率調整流体によって最も前側の前記個々の層（２又は３）に適用されていることを特徴とする、請求項３に記載のミラー。
【請求項５】
前記くさび形ガラスプレート（４”）が、光学接着剤によって最も前側の前記個々の層（２又は３）に適用されていることを特徴とする、請求項３に記載のミラー。
【請求項６】
前記くさび形ガラスプレート（４”）が、光学セメントによって最も前側の前記個々の層（２又は３）に適用されていることを特徴とする、請求項３に記載のミラー。
【請求項７】
前記傾斜前面（５；５’）が、くさび形透明基体（４）の外側面によって提供されており、このくさび形透明基体の後面に、前記層（２、３）が結合している（図１）、請求項１に記載のミラー。
【請求項８】
適当に傾斜した前面（５’）を有する反射防止コーティング（１０）が、前記傾斜前面（５）に適用されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のミラー。
【請求項９】
前記個々の層（２、３）の厚さが、前記基体（４；１４）からの距離と共に変化しており、それによって所定の反射特性及び／又は所定の群遅延分散特性を達成することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のミラー。
【請求項１０】
前記個々の層（２、３）の厚さが前記前面（５；５’）からの距離と共に一般に増加しており、それによって所定のスペクトル範囲での高反射率及び負の、随意に一定の群遅延分散を提供することを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載のミラー。
【請求項１１】
前記個々の層（２、３）として、ＳｉＯ２層及びＴｉＯ２層が交互に提供されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のミラー。
【請求項１２】
前記個々の層（２、３）として、ＳｉＯ２層及びＴａ２Ｏ５層が交互に提供されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のミラー。
【請求項１３】
前記個々の層（２、３）として、比較的屈折率が小さい半導体層及び比較的屈折率が大きい半導体層が交互に提供されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のミラー。
【請求項１４】
レーザーデバイスでの請求項１〜１３のいずれかに記載のミラーの使用。
【請求項１５】
短パルスレーザーデバイスでの請求項１〜１３のいずれかに記載のミラーの使用。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１５４３８７（Ｐ２０１１−１５４３８７Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５８２９６（Ｐ２０１１−５８２９６）
【出願日】平成２３年３月１６日（２０１１．３．１６）
【分割の表示】特願２００１−５４４０５８（Ｐ２００１−５４４０５８）の分割
【原出願日】平成１２年７月５日（２０００．７．５）
【出願人】（５００２３３２７８）フェムトレーザース プロドゥクシオンズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１６日（２０１１．３．１６）
【分割の表示】特願２００１−５４４０５８（Ｐ２００１−５４４０５８）の分割
【原出願日】平成１２年７月５日（２０００．７．５）
【出願人】（５００２３３２７８）フェムトレーザース プロドゥクシオンズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (8)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]