薄膜光學技術-2-6

課堂論題十全介質規(guī)則膜系在光學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

中心波長的意義；間隔層厚度的意義；間隔層個數的意義；膜層數的意義。12.6（7）偏振分光膜和

消偏振薄膜第2章光學薄膜膜系設計及其應用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利用光的偏振效應實現50／50中性分光。原理：①當入射角滿足布儒斯持角條件時，即tgθ=nH/

nL

，

②當膜層數增加到足夠多時，

依此，當自然光入射時，在一定的波長范圍內，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偏振分光棱鏡的結構就是在膠合面鍍制HL多層膜。6根據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計：7立方棱鏡偏振分光鏡的設計方法有兩種：1.選定棱鏡的折射率ns，根據上式計算棱鏡應有的角度θs;2.選定棱鏡的角度(θs=45°)，然后計算棱鏡應有的折射率。在給定nH和nL的情況下，就可以確定出膜層內的折射角θH和θL，1.例如:nH=2.35,nL=1.35,ns=1.52，根據上式計算棱鏡應有的角度θs=50.5°2.例如:nH=2.35,nL=1.35,θs=45°,則，ns=1.66。8中心波長處的反射率為：m為膜層的層數，并假定為奇數。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果(不產生干涉)．

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計的，P-偏振光的高透射率是通過干涉效應實現的．因此它們的工作波段比較窄，優(yōu)點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構是長波通濾光片G（0.5HL0.5H）SA。當然，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：當入射光的波長遠大于柵距時，入射光中的電矢量E垂直于線柵的偏振光透過線柵，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)點是：工作波段很寬；全波段內偏振性好；線柵用良導體制成，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對獨立的單層膜來說，Δn永遠大于1，單層膜不可能消偏振；②對確定的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對于確定θ0和n，Δn隨入射介質n0增大而增大，偏振分離也越大；因此，①消偏振只能對膜層與周圍介質組合、或多層膜系來實現；②封閉在膠合棱鏡中膜層的偏振效應更嚴重。2.7消偏振膜系

在許多光學系統(tǒng)中，偏振效應將帶來偏振像差。因此，消除偏振效應在許多光學系統(tǒng)中是必須的。

產生偏振效應的原因是有效光學導納的分離。定義s和p偏振分量有效導納的偏振分離量為：152.7.1單波長消偏振由于①多層膜系的偏振效應來源于光學導納的偏振分離，②多層膜系的光學導納是膜層厚度的復函數，③多層膜系的光學導納色散非常嚴重，所以多層膜系的光學導納的偏振分離量很難用一個顯函數表達。也就很難在寬波段實現消偏振設計。目前，大多數消偏振設計都是針對光學導納能夠明確用顯函數表達的特殊波長進行的。所謂消偏振就是使光學導納的偏振分離量ΔY=1。

應當注意的是：一個完整的消偏振設計，既需要對膜系進行，也需要對入射介質和基底介質進行。162.7.2寬波段消偏振1.“金屬-介質”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膜，當折射率滿足，且光線以等于或大于全反射臨界角入射時，