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(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(xiàn)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(shù)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(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(jù)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(jù)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(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(xiàn)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??；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(xiàn)；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(shù)，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(shù)表達。也就很難在寬波段實現(xiàn)消偏振設計。目前，大多數(shù)消偏振設計都是針對光學導納能夠明確用顯函數(shù)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，