薄膜光學(xué)技術(shù)-2-6

課堂論題十全介質(zhì)規(guī)則膜系在光學(xué)薄膜器件中的重要性

1）反射鏡、激光諧振腔(LH)S

2）中性分束鏡G/(HL)8/G、G/2LHLHL/A3）截止濾光片

4）帶通濾光片

G/(HL)m2H(LH)m/A

G/（HL）m2H(LH)2mL2H（LH

）m/G

A/LHLH760LHLHLHLH760LHLHLHLH760LHLHL/A

中心波長(zhǎng)的意義；間隔層厚度的意義；間隔層個(gè)數(shù)的意義；膜層數(shù)的意義。12.6（7）偏振分光膜和

消偏振薄膜第2章光學(xué)薄膜膜系設(shè)計(jì)及其應(yīng)用22-6偏振和偏振薄膜（1）.ARcoatingGHLA

λmin

Rmin/%RS/%RP/%00550nm0.990.990.99300520nm0.9990.811.19450480nm1.10.391.81600440nm2.280.084.481.薄膜的偏振效應(yīng)3（2）(LH)9stack

λmax

RmaxRs-maxRp-max

Δλs

Δλp00550nm0.99940.99940.9994480-650480-650300530nm0.99920.99970.9987440-630460-620500510nm0.99840.99990.9969430-620450-590600500nm0.99300.99990.9864390-600430-5504利用光的偏振效應(yīng)實(shí)現(xiàn)50／50中性分光。原理：①當(dāng)入射角滿足布儒斯持角條件時(shí)，即tgθ=nH/

nL

，

②當(dāng)膜層數(shù)增加到足夠多時(shí)，

依此，當(dāng)自然光入射時(shí)，在一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，得到50/50的透射和反射率比，

既可以作為良好的中性分光鏡，也可以用作偏振度很高的薄膜偏振器件。

2.6.1偏振分束膜1.立方棱鏡的偏振分光膜——布儒斯特角原理

5偏振分光棱鏡的結(jié)構(gòu)就是在膠合面鍍制HL多層膜。6根據(jù)布儒斯特角條件和折射定律確定膜層材料、光線入射角和棱鏡材料。棱鏡偏振分光鏡的設(shè)計(jì)：7立方棱鏡偏振分光鏡的設(shè)計(jì)方法有兩種：1.選定棱鏡的折射率ns，根據(jù)上式計(jì)算棱鏡應(yīng)有的角度θs;2.選定棱鏡的角度(θs=45°)，然后計(jì)算棱鏡應(yīng)有的折射率。在給定nH和nL的情況下，就可以確定出膜層內(nèi)的折射角θH和θL，1.例如:nH=2.35,nL=1.35,ns=1.52，根據(jù)上式計(jì)算棱鏡應(yīng)有的角度θs=50.5°2.例如:nH=2.35,nL=1.35,θs=45°,則，ns=1.66。8中心波長(zhǎng)處的反射率為：m為膜層的層數(shù)，并假定為奇數(shù)。S-偏振光高反射區(qū)域的半寬度為：910在基于布儒斯特角入射的棱鏡偏振鏡中，各介質(zhì)的P-偏振光的有效折射率都是相同的，其間不存在界面，因而P-偏振光有高的透射并不是干涉的結(jié)果(不產(chǎn)生干涉)．

平板偏振分光鏡是基于薄膜材料的P-偏振和S-偏振的有效折射率不相等這一條件設(shè)計(jì)的，P-偏振光的高透射率是通過(guò)干涉效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的．因此它們的工作波段比較窄，優(yōu)點(diǎn)是選擇基片和薄膜材料有較大的靈活性．這種干涉型偏振鏡的基本結(jié)構(gòu)是長(zhǎng)波通濾光片G（0.5HL0.5H）SA。當(dāng)然，干涉型偏振分光鏡也可以采用用膠合棱鏡。

2.平板型偏振分光膜1112原理：當(dāng)入射光的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于柵距時(shí)，入射光中的電矢量E垂直于線柵的偏振光透過(guò)線柵，而電矢量E平行于線柵的偏振光則被線柵反射。

金屬柵偏振器的主要優(yōu)點(diǎn)是：工作波段很寬；全波段內(nèi)偏振性好；線柵用良導(dǎo)體制成，吸收可以忽略，抗光損傷閾值高。所以，金屬線柵偏振器是中，遠(yuǎn)紅外區(qū)較理想的偏振器。3.金屬柵偏振分光鏡1314顯然：①對(duì)獨(dú)立的單層膜來(lái)說(shuō)，Δn永遠(yuǎn)大于1，單層膜不可能消偏振；②對(duì)確定的n0和n，Δn隨入射角θ0的減小而降低，即入射角越小，偏振分離越小；③對(duì)于確定θ0和n，Δn隨入射介質(zhì)n0增大而增大，偏振分離也越大；因此，①消偏振只能對(duì)膜層與周圍介質(zhì)組合、或多層膜系來(lái)實(shí)現(xiàn)；②封閉在膠合棱鏡中膜層的偏振效應(yīng)更嚴(yán)重。2.7消偏振膜系

在許多光學(xué)系統(tǒng)中，偏振效應(yīng)將帶來(lái)偏振像差。因此，消除偏振效應(yīng)在許多光學(xué)系統(tǒng)中是必須的。

產(chǎn)生偏振效應(yīng)的原因是有效光學(xué)導(dǎo)納的分離。定義s和p偏振分量有效導(dǎo)納的偏振分離量為：152.7.1單波長(zhǎng)消偏振由于①多層膜系的偏振效應(yīng)來(lái)源于光學(xué)導(dǎo)納的偏振分離，②多層膜系的光學(xué)導(dǎo)納是膜層厚度的復(fù)函數(shù)，③多層膜系的光學(xué)導(dǎo)納色散非常嚴(yán)重，所以多層膜系的光學(xué)導(dǎo)納的偏振分離量很難用一個(gè)顯函數(shù)表達(dá)。也就很難在寬波段實(shí)現(xiàn)消偏振設(shè)計(jì)。目前，大多數(shù)消偏振設(shè)計(jì)都是針對(duì)光學(xué)導(dǎo)納能夠明確用顯函數(shù)表達(dá)的特殊波長(zhǎng)進(jìn)行的。所謂消偏振就是使光學(xué)導(dǎo)納的偏振分離量ΔY=1。

應(yīng)當(dāng)注意的是：一個(gè)完整的消偏振設(shè)計(jì)，既需要對(duì)膜系進(jìn)行，也需要對(duì)入射介質(zhì)和基底介質(zhì)進(jìn)行。162.7.2寬波段消偏振1.“金屬-介質(zhì)”組合膜系例：G/HmetalH/G其中metal——AgRsRpG|1.18HAg(19.2nm)0.82L0.02M|AH:ZnS,L:MgF2,M:Al2O3G:K917如圖示，位于棱鏡膠合面的單層介質(zhì)膜，當(dāng)折射率滿足，且光線以等于或大于全反射臨界角入射時(shí)，