薄膜光学技术-2-6教材.ppt

课堂论题十 o全介质规则膜系在光学薄膜器件中的重要性 o o 1）反射镜、激光谐振腔 ( LH )S o 2）中性分束镜 G/ (HL) 8 /G、 G/2LHLHL/A o 3）截止滤光片 o 4）带通滤光片 o G/(HL)m2H(LH)m/A o G /（HL）m2H(LH)2mL2H（LH ）m /G o A/LHLH760LHLHLHLH760LHLHLHLH760LHLHL/A o 中心波长的意义； 间隔层厚度的意义；间隔层个 数的意义；膜层数的意义 1 2.6（7） 偏振分光膜和 消偏振薄膜 第2章 光学薄膜膜系设计及其应用 2 2 2-6 偏振和偏振薄膜 （1）. AR coating GHLA λmin Rmin/% RS/% RP/% 00550nm 0.99 0.99 0.99 300 520nm 0.999 0.81 1.19 450480nm 1.1 0.39 1.81 600440nm 2.28 0.08 4.48 1. 薄膜的偏振效应 3 （2）(LH)9 stack λmax RmaxRs-maxRp-max Δλs Δλp 00550nm0.99940.99940.9994480-650480-650 300530nm0.99920.99970.9987440-630460-620 500510nm0.99840.99990.9969430-620450-590 600500nm0.99300.99990.9864390-600430-550 4 利用光的偏振效应实现50／50中性分光。

原理： ①当入射角满足布儒斯持角条件时，即 tgθ= nH/ nL ， ②当膜层数增加到足够多时， 依此，当自然光入射时，在一定的波长范围内，得 到50/50的透射和反射率比， 既可以作为良好的中性分光镜， 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. 立方棱镜的偏振分光膜——布儒斯特角原理 5 偏振分光棱镜的结构就是在胶合面镀制HL多层膜 6 根据布儒斯特角条件和折射定律确定膜层材料、光 线入射角和棱镜材料 棱镜偏振分光镜的设计： 7 立方棱镜偏振分光镜的设计方法有两种： 1. 选定棱镜的折射率ns，根据上式计算棱镜应有的角 度θs; 2.选定棱镜的角度(θs=45°)，然后计算棱镜应有的 折射率 在给定nH和nL的情况下，就可以确定出膜层内的折射角θH和θL， 1. 例如:nH=2.35,nL=1.35, ns=1.52，根据上式计算棱镜 应有的角度θs=50.5° 2.例如:nH=2.35,nL=1.35 ,θs=45° ,则，ns=1.66 8 中心波长处的反射率为： m为膜层的层数，并假定为奇数 S-偏振光高反射区域的半宽度为： 9 10 在基于布儒斯特角入射的棱镜偏振镜中，各介质 的P-偏振光的有效折射率都是相同的，其间不存在 界面，因而P-偏振光有高的透射并不是干涉的结果( 不产生干涉)． 平板偏振分光镜是基于薄膜材料的P-偏振和S-偏 振的有效折射率不相等这一条件设计的，P-偏振光 的高透射率是通过干涉效应实现的．因此它们的工作 波段比较窄，优点是选择基片和薄膜材料有较大的灵 活性． 这种干涉型偏振镜的基本结构是长波通滤光片 G（0.5HL0.5H）SA。

当然，干涉型偏振分光镜也可以采用用胶合棱镜 2. 平板型偏振分光膜 11 12 o原理： 当入射光的波长远大于栅距时，入射光中的电矢量 E 垂直于线栅的偏振光透过线栅，而电矢量 E平行于线栅 的偏振光则被线栅反射 o金属栅偏振器的主要优点是： 工作波段很宽； 全波段内偏振性好； 线栅用良导体制成，吸收可以忽略，抗光损伤阈值 高所以，金属线栅偏振器是中，远红外区较理想的偏 振器 3. 金属栅偏振分光镜 13 14 p显然： ①对独立的单层膜来说，Δn永远大于1，单层膜不可能消偏振； ②对确定的n0和n，Δn随入射角θ0的减小而降低，即入射角越小，偏振 分离越小； ③对于确定θ0和n，Δn随入射介质n0增大而增大，偏振分离也越大； o因此，①消偏振只能对膜层与周围介质组合、或多层膜系来实现； ②封闭在胶合棱镜中膜层的偏振效应更严重 2.7 消偏振膜系 在许多光学系统中，偏振效应将带来偏振像差 因此，消除偏振效应在许多光学系统中是必须的 p 产生偏振效应的原因是有效光学导纳的分离 定义s和p偏振分量有效导纳的偏振分离量为： 15 2.7.1 单波长消偏振 o由于①多层膜系的偏振效应来源于光学导纳的偏振分离， ②多层膜系的光学导纳是膜层厚度的复函数， ③多层膜系的光学导纳色散非常严重，所以多层膜系 的光学导纳的偏振分离量很难用一个显函数表达。

也就很难在宽波段实现消偏振设计 o目前，大多数消偏振设计都是针对光学导纳能够明 确用显函数表达的特殊波长进行的 o 所谓消偏振就是使光学导纳的偏振分离量ΔY=1 o 应当注意的是：一个完整的消偏振设计，既需要对 膜系进行，也需要对入射介质和基底介质进行 16 2.7.2 宽波段消偏振 1.“金属-介质”组合膜系 例：G/H metal H/G 其中 metal —— Ag Rs Rp G| 1.18H Ag(19.2nm) 0.82L 0.02M|A H:ZnS, L:MgF2, M:Al2O3 G:K9 17 如图示，位于棱镜胶合面的单层介质膜，当折射率满 足 ，且光线以等于或大于全反射临界角入射 时，通过调整膜层的厚度，由于膜层的作用，就会使全反射受 到抑制，得到没有偏振效应的各种透反比的分光效果 可以证明，受抑全反射消偏振分光入射角只与膜 层和入射介质的折射率有关，而与波长和膜层厚度 无关即： 2.7.2 宽波段消偏振 2. 受抑全反射棱镜 18 单层宽波段消偏振分光镜 19 。