誘電体ミラー

誘電体ミラーはブラッグミラーとも呼ばれ、通常はガラスやその他の光学材料の基板上に堆積された複数の誘電体薄層で構成されたミラーの一種です。誘電体層の種類と厚さを慎重に選択することで、さまざまな波長の光で指定された反射率を持つ光学コーティングを設計できます。誘電体ミラーは超高反射率ミラーの製造にも使用され、特殊な技術を使用することで、狭い波長範囲で 99.999% 以上の反射率を実現できます。また、可視光範囲全体や Ti-サファイアレーザーのスペクトルなど、広範囲の光を反射するように作ることもできます。

誘電体ミラーは、高品質のミラーを安価に製造できる技術の向上により、光学実験では非常に一般的になっています。その用途の例としては、レーザーキャビティエンドミラー、ホットミラーとコールドミラー、薄膜ビームスプリッター、高損傷閾値ミラー、最新のミラーシェードや一部の双眼鏡のルーフプリズムシステムのコーティングなどがあります。

機構

誘電体ミラーの反射率は、誘電体スタックの異なる層から反射された光の干渉に基づいています。これは、反射率を最大化するのではなく最小化するように設計された誘電体スタックである多層反射防止コーティングで使用されているのと同じ原理です。単純な誘電体ミラーは、1 次元フォトニック結晶のように機能し、低屈折率の層と交互に配置された高屈折率の層のスタックで構成されています(図を参照)。層の厚さは、異なる高屈折率層からの反射のパス長差が、ミラーの設計波長の整数倍になるように選択されます。低屈折率層からの反射のパス長差はちょうど波長の半分ですが、低屈折率から高屈折率への境界では、高屈折率から低屈折率への境界と比較して位相シフトが 180 度異なるため、これらの反射も同位相です。垂直入射のミラーの場合、層の厚さは 1/4 波長です。

他の設計では、一般的に数値最適化によって生成されるより複雑な構造になっています。後者の場合、反射光の位相分散も制御できます（チャープミラー）。誘電体ミラーの設計では、光転送マトリックス法を使用できます。適切に設計された多層誘電体コーティングは、可視光スペクトル全体で99％を超える反射率を提供できます。^[1]

誘電体ミラーは入射角とミラーデザインの関数として遅延特性を示す。 ^[2]

GIFで示されているように、透過色は入射角が増加するにつれて青にシフトします。高反射率媒体における干渉に関しては、この青方シフトは次の式で表されます。 $n_{1}$

2n_{2}d_{2}\cos {\big (}\theta _{2})=m\lambda

、

ここで、は透過波長の倍数であり、は第2の媒体における入射角である。導出については薄膜干渉を参照のこと。しかし、低屈折率媒体でも干渉は起こる。最高の反射率は^[3]で示される。 $m\lambda$ $\theta _{2}$

\lambda _{\perp }/\lambda _{\theta }={\frac {cos(\theta _{2})+cos(\theta _{1})}{2}}\approx {\sqrt {1-{\frac {sin^{2}(\theta )}{n^{2}}}}}

、

ここで、垂直入射角における透過波長であり、 $\lambda_{\perp}$

n={\sqrt {\frac {2}{n_{1}^{-2}+n_{2}^{-2}}}}

。

製造業

誘電体ミラーの製造技術は、薄膜堆積法に基づいています。一般的な技術は、物理蒸着法（蒸発法とイオンビームアシスト法を含む）、化学蒸着法、イオンビーム堆積法、分子線エピタキシー法、スパッタ堆積法、ゾルゲル堆積法です。^[4]一般的な材料は、フッ化マグネシウム（n = 1.37）、二酸化ケイ素（n = 1.45）、五酸化タンタル（n = 2.28）、硫化亜鉛（n = 2.32）、二酸化チタン（n = 2.4）です。

ポリマー誘電体ミラーは、溶融ポリマーの共押し出し^[5]や、小規模ではスピンコーティング^[6]またはディップコーティング^{[7]によって工業的に製造されています。}

参照

参考文献

^ Slaiby, ZenaE.; Turki, Saeed N. (2014年11月 ～ 12月)。「可視スペクトルにおける誘電体コーティングの反射率の調査」。International Journal of Emerging Trends & Technology in Computer Science。3 ( 6): 1–4。ISSN 2278-6856 。 2024年8月12日閲覧。^{[リンク切れ‍ ]}
^ Apfel, JH (1982). 「周期的多層膜ミラーの位相遅延」.応用光学. 21 (4): 733–738. Bibcode :1982ApOpt..21..733A. doi :10.1364/AO.21.000733. PMID 20372527.
^ E, Huett (2022年 4月26日). 「フィルター付きカメラによる2Dプラズマパラメータの決定。ASDEXアップグレードにおけるXポイントラジエーターレジームへの応用」。マックス・プランク・プラズマ物理学研究所。doi :10.17617/2.3379034。
^ ベルトゥッチ、シモーネ;メガハド、ヘバ。ドデロ、アンドレア。フィオリート、セルジオ。ディ・スタシオ、フランチェスコ。パトリーニ、マッダレーナ。ダヴィデ・コモレット。ロバ、パオラ (2022-05-04)。「マイルドなゾルゲル条件と高誘電コントラスト: センシングと光触媒のための大規模ハイブリッドフォトニック結晶に向けた容易な加工」。ACS アプライドマテリアルズ & インターフェース。14 (17): 19806 ～ 19817。土井：10.1021/acsami.1c23653。ISSN 1944-8244。PMC 9073830。PMID 35443778。
^ Comoretto, Davide 編 (2015). 有機およびハイブリッドフォトニック結晶. doi :10.1007/978-3-319-16580-6. ISBN 978-3-319-16579-0. S2CID 139074878。
^ ロヴァ、パオラ;ジュスト、パオロ。スタシオ、フランチェスコ・ディ。マンフレディ、ジョバンニ。パテルノ、ジュゼッペ M.コルテッキア、ダニエレ。ソシ、チェーザレ。ダヴィデ・コモレット（2019年5月9日）。「全ポリマーメチルアンモニウムヨウ化鉛ペロブスカイトマイクロキャビティ」。ナノスケール。11 (18): 8978–8983。土井：10.1039/C9NR01422E。hdl : 11567/944564。ISSN 2040-3372。PMID 31017152。S2CID 129943931 。
^ Russo, Manuela; Campoy-Quiles, Mariano; Lacharmoise, Paul; Ferenczi, Toby AM; Garriga, Miquel; Caseri, Walter R.; Stingelin, Natalie (2012). 「ポリマー/無機ハイブリッドのワンポット合成：容易に入手可能で、低損失で、高度に調整可能な屈折率材料およびパターンに向けて」。Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics。50 (1): 65–74。Bibcode :2012JPoSB..50...65R。doi : 10.1002/polb.22373。ISSN 1099-0488 。

外部リンク

誘電体ミラーの反射率と分散を計算するための高速コード

[1] ^ Slaiby, ZenaE.; Turki, Saeed N. (2014年11月 ～ 12月)。「可視スペクトルにおける誘電体コーティングの反射率の調査」。International Journal of Emerging Trends & Technology in Computer Science。3 ( 6): 1–4。ISSN 2278-6856 。 2024年8月12日閲覧。^{[リンク切れ‍ ]}

[2] Apfel, JH (1982). 「周期的多層膜ミラーの位相遅延」.応用光学. 21 (4): 733–738. Bibcode :1982ApOpt..21..733A. doi :10.1364/AO.21.000733. PMID 20372527.

[3] ^ E, Huett (2022年 4月26日). 「フィルター付きカメラによる2Dプラズマパラメータの決定。ASDEXアップグレードにおけるXポイントラジエーターレジームへの応用」。マックス・プランク・プラズマ物理学研究所。doi :10.17617/2.3379034。

[4] ベルトゥッチ、シモーネ;メガハド、ヘバ。ドデロ、アンドレア。フィオリート、セルジオ。ディ・スタシオ、フランチェスコ。パトリーニ、マッダレーナ。ダヴィデ・コモレット。ロバ、パオラ (2022-05-04)。「マイルドなゾルゲル条件と高誘電コントラスト: センシングと光触媒のための大規模ハイブリッドフォトニック結晶に向けた容易な加工」。ACS アプライドマテリアルズ & インターフェース。14 (17): 19806 ～ 19817。土井：10.1021/acsami.1c23653。ISSN 1944-8244。PMC 9073830。PMID 35443778。

[5] Comoretto, Davide 編 (2015). 有機およびハイブリッドフォトニック結晶. doi :10.1007/978-3-319-16580-6. ISBN 978-3-319-16579-0. S2CID 139074878。

[6] ロヴァ、パオラ;ジュスト、パオロ。スタシオ、フランチェスコ・ディ。マンフレディ、ジョバンニ。パテルノ、ジュゼッペ M.コルテッキア、ダニエレ。ソシ、チェーザレ。ダヴィデ・コモレット（2019年5月9日）。「全ポリマーメチルアンモニウムヨウ化鉛ペロブスカイトマイクロキャビティ」。ナノスケール。11 (18): 8978–8983。土井：10.1039/C9NR01422E。hdl : 11567/944564。ISSN 2040-3372。PMID 31017152。S2CID 129943931 。

[7] Russo, Manuela; Campoy-Quiles, Mariano; Lacharmoise, Paul; Ferenczi, Toby AM; Garriga, Miquel; Caseri, Walter R.; Stingelin, Natalie (2012). 「ポリマー/無機ハイブリッドのワンポット合成：容易に入手可能で、低損失で、高度に調整可能な屈折率材料およびパターンに向けて」。Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics。50 (1): 65–74。Bibcode :2012JPoSB..50...65R。doi : 10.1002/polb.22373。ISSN 1099-0488 。