薄膜光学技术-2-6

课堂论题十全介质规则膜系在光学薄膜器件中的重要性

1）反射镜、激光谐振腔(LH)S

2）中性分束镜G/(HL)8/G、G/2LHLHL/A3）截止滤光片

4）带通滤光片

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

G/（HL）m2H(LH)2mL2H（LH

）m/G

A/LHLH760LHLHLHLH760LHLHLHLH760LHLHL/A

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。12.6（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.薄膜的偏振效应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：910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1112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。

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1314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；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。

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：152.7.1单波长消偏振由于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。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。所谓消偏振就是使光学导纳的偏振分离量ΔY=1。

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。162.7.2宽波段消偏振1.“金属-介质”组合膜系例：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，