可见光消偏振介质分光薄膜的研制

作者:祖兴宇;李琳;付秀华 刊名:科技资讯 上传者:范大武

【摘要】在现代光学测试和光学应用中,基于分束镜的分光效率特点,研制出了一种高稳定性的介质消偏振分光膜。光消偏振介质分光薄膜采用了等效折射率和等效厚度的选材方式,并对高低折射率材料的匹配进行了优化处理,得到了高低折射率材料组合的优选结果。发现了中心波长对消偏振分束镜的反射光与透射光影响的因素,探讨了一种低误差灵敏度的高稳定性介质分光膜设计方法,其特点是膜系结构简单,易于批量生产,并研制出较为理想的宽波段与广角度变化的中性介质分光膜。

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科 技 前 沿 SeIENCE&TECHNOL0OY . 匪圈 E [sin5cos+:(n£/nH+rlH/nL)cos sin5- (nL/nn!sn /nL)sin5】1 一 = {———————— ——————————————————手————————————一 } [sin5cos5+ 1(nc/nH+nn/nz)cosf sinif+:(门 / —nH/nL)sin5]] Z Z (3) 这 里 为 位 相 厚 度 , H 、nL分 别 为 高 低 折 射 率 材 料 的 折 射 率 ,当 为 Ti 0,、nL为 S i 0,时 当 5=(2丌/ ) COS0 。当 E E 5:(2Jr/Z)nd COS0等效 折 射率 一 0.7059,一 1.41 66,即 HH rtL E E ntt ~ /一 ≈ 2. 0068;当nH为Tie,、 工为MgF 时,等效折射率 ,|L rlH r|L 一 一 E E E E nH ~ ≈0.6797,一 ≈1.4709,即 一 / 一 ≈2.6140。故SiO 与 HH nL nL nH nL ‘ MgF,均能满足要求 ,但是 由于等效折射率比值可知,SiO,;~TiO,的 . 组合优于MgF,和Tie 的组合,并Ksio,抗腐蚀能力强,故最终采用 sio 为低折射率材料。 1.3膜系的设计 由上述理论可知当△ l时,舶 =√3耽 ,在 = /2波长 位 置将没有偏振 分离 ,因此应用TFCalc膜 系设计软件对 初始膜 系 GIHLHLIA使用Global Optimization方法进行初步优化 ,得到的膜 系 基本 符 合 要求 ,在 此 基 础 上 采 用 Needle合 成 法 再 次 对 膜 层 优 化 处理得 到理想设 计曲线 如图2所示。 其 中L、H表示SiO,、Tie,材料在入射角为 45~的 厚度,设计 一 ‘ ‘ 的膜系为:G J0.33H 0.88L 0.47H 1.3467L 0.92H 1.46L 1. 21H 0.82LIA ,可选 取 的 中心 波 长 有 =560nm、 =57Onm、 = 580nm ,通过 模 拟 三 种 中心 波 长 均 满 足 1:1分 光 要 求 ,但 考 虑 到 本实验 的消偏振要求 ,进一步进 行偏振 效应分析 ,偏振 曲线如 图 3所 示 。 由图3可知中心波长在10nm左右变化时对分光效果的影响很 小,而对偏振效果的影响较为明显 ,如波长为580nm的P光与s光偏 振分 离较大 ,由上述测试结果判断 中心波长选取570nm更为合理 。 并对 比了角度由40。~50。广角度变化的分光膜 曲线如、图4所示 ,图 5为45。入射分光膜的偏振 曲线。 考虑到 薄膜 实际制备过程 中存 在的参数误差 ,进一步 采用 蒙 特卡 罗方法对该设计的敏感度进行分析。图6:a为薄膜物理厚度2% 时的相对误 差,b为折射率参数2%的相对误差 ,c为薄膜材料 同时具 有 物 理 厚度 和 折 射 率 参 数 2%的 相 对 误 差 时 该 设 计 的 光 谱 性 能 变 化 。 可以看出 ,基于蒙特卡 罗方法的敏感度分析 以上3种误差情况 下引起的性能劣变还是比较小的。采用离子束辅 助或溅射等Ic/5 控 制 膜 层 厚 度 ,经 工 艺 优 化 将 薄 膜 厚 度 误 差 控 制在 2%是 可 行 的 , 工艺参数如表 l所 示。 2 结语 分光膜的制备工作是在700型真空镀膜机上完成 的,该镀膜机 配有惠州奥普康Opco电子枪 ,此 电子枪蒸发

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