宽角度宽波长偏振分光膜系的设计研究

作者:邓云龙;邓华秋;徐晓 刊名:激光与红外 上传者:胡平

【摘要】详细讨论在高折射率玻璃棱镜上实现宽角度宽波长偏振分光的膜系设计,设计波长为 420-680nm,在空气中的入射角变化范围达到18.5°,是3种薄膜材料实现的偏振分光设计中 角度最宽的。

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第 卷 第 期 激 光 与 红 外年 月 , , 文章编号 一 旧 习 宽角度宽波长偏振分光膜系的设计研究 邓云 龙 , 邓华秋 , 徐 晓 华南理工大学物理科学与技术学院 , 广东 广州 摘 要 详细讨论在高折射率玻璃棱镜上实现宽角度宽波长偏振分光的膜系设计 , 设计波长为一 , 在空气中的入射角变化范围达到 , “ , 是 种薄膜材料实现 的偏振分光设 计 中角度最宽的。 关键词 宽入射角 偏振分光镜 薄膜中图分类号 文献标识码 · 一 , 一 , , , 邵 拓爵 , , 〕 一 砂妙 叨 , ” 心 , 一 州面‘ 心 川 袱 一 州 前 言 近年来 , 宽角度宽波长偏振分光镜在光电仪器中有着广泛应用 , 特别是在液晶投影中 , 更是其光路的关键器件之一 。 因为液晶的电光效应是建立在对偏振光的调制作用上 的 , 人射到液晶板上 的光线需要高偏振度的偏振光 , 偏振光的偏振度决定了输 出图像的对 比度 。 偏振分光可 以通过 晶体的双折射实现 , 但是镜片的价格昂贵 , 难以做到大尺寸 , 并且由于两种偏振光束不成直角 , 不方便使用 。 而多层膜偏振片不存在上述问题 , 很有前景 。 一般情况下 , 设计偏光分光镜可 以采用麦克纳尔提出的方法 , 寻找一个人射角 , 使得对于两种不同折射率的界面满足布儒斯特角。根据布儒斯特角条件和折射率定律 , 可 以得到实现偏振条件的关系川 。 · ’ , ’ 丢 至 由公式可知 , 一旦选定了基底的折射率 。 及膜系材料 , 可 以确定人射 的角度 口。 , 实现偏振分光 。 但是人射角度稍稍偏离布儒斯特角 , 偏振分光效果将迅速恶化 , 因此宽角度宽波长偏振分光膜系一直是近年来的光学薄膜设计的难点之一川 。 这里介绍一种简单的设计方法 , 用布儒斯特角与薄膜材料的全反射角来确定分光镜的最大可工作范围 , 在高折射率基底 上 , 采用折射率差较大的两种材料 和 作为薄膜材料 , 为 了使得透射曲线尽可能平坦 , 引人第三种薄膜材料 作者简介 邓云龙 一 , 男 , 讲师 , 理学博士 , 现在华南理工大学 , 主要从事薄膜设计及材料生长的研究 。 收稿 日期 二 习 砚 激 光 与 红 外 第 卷 工作 。 我们分别考察 、 仇 灿 两个膜 系 , 在当光线由光密介质人射到光疏介质的时候 , 反射率与人射角的关系 , 如图 、 图 所示 。一 一 ⋯ 给出 比较合理的膜层系结构之后 , 对膜厚稍作调整 , 即可得到在 一 可见光波段 , 空气人射角变化范围为 “ 内实现偏振分光 。 设计原理及设计过程 根据人射光与界面平行 的是 电矢量还是磁矢量 , 可 以分为 偏振光和 偏振光 。 在多层介质膜 分光镜中 , 通常是把 偏振光反射 , 偏振光透射 , 如图 所示 。 在实际应用中通常只利用 偏振光 , 而 偏振光并不需要 , 所 以一般只会对透射光的偏振特性提 出较高的要求 。 它们可用琼斯矢量来描 述 」 少 刃于势厂 八︸之’ 图 日 铭 仇 界面上反射率与入射角的关系 ’ 一 ’ “ ’ “ 一 ‘ ” ’ ‘ 一 “ 一 ‘ 一 ‘ ’ 一 ’ ‘ 图 分光镜示意图犷反射光与入射光的关系卜 。了犷 透射光与人射光的关系 。扩 时自脚 自 其中 , 表示 电矢量 表示反射系数 表示透射系数 角标的 表示 偏振光 表示 偏振光 。 公式给出了偏振光在膜系上发生 的反射 、 透射与人射之间的关系 。 在膜系设计中 , 需要 同时实现 偏振光的高反射和 偏振光的高透射要求 。 一般 偏振光的反射率

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