CN101614832A - 膜堆结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种膜堆结构，该膜堆结构包括一透明基底和叠于其上的周期性膜堆，所述周期性膜堆的周期性结构为交互层叠的高折射率膜层和折射率范围为1.71至1.79或1.81至1.86的中间折射率膜层。所述周期性膜堆通过使用中间折射率膜层缩短了不同折射率膜层之间的折射率差值，减少了所述膜堆平行偏振光谱线与垂直偏振光谱线的平移效应，改善了膜堆的分光滤波效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种膜堆结构，尤指一种应用于分光棱镜上的膜堆结构。
背景技术
目前，光学镀膜已经被广泛地运用于投影机、传统相机、数码相机、手机、天文望远镜所用的镜头组、滤光片等，用来使得这些光学元件能够实现不同的光学功能，例如：吸收紫外线、减反射、彩色滤光、红外光截止等。
如图1所示，本发明涉及一种应用于分光棱镜1中的膜堆结构2。所述分光棱镜1用于各种光学仪器的颜色分离系统。外界光线进入分光棱镜1后以45度角入射到镀有膜堆结构2的表面3上，在透射波长范围内的光线透过所述膜堆结构2由分光棱镜1的上表面4射出，在反射波长范围内的光线被所述膜堆结构2反射由分光棱镜1的侧面5射出从而达到分光滤波的效果。
现有的膜堆结构2通常使用高、低折射率材料交互层叠的周期性结构。所述膜堆结构2可表示为(HL)n，其中，H代表高折射率膜层，L代表低折射率膜层。H和L前面的系数之比表示各自折射率膜层的光学厚度比，所述光学厚度的物理意义为膜层物理厚度与膜层折射率的乘积，光学厚度1等于参考波长的1/4。上标n表示(HL)结构的周期数。所述高折射率材料的折射率大于2.1而低折射率材料的折射率低于1.5。
如图2所示，其为参考波长为550nm，入射角为45度时周期数为18的膜堆结构2(HL)18的透射光谱图。其中，实线为自然光的透射光谱线，虚线为平行偏振光(P-Polarized)的透射光谱线，点划线为垂直偏振光(S-Polarized)的透射光谱线。所述垂直偏振光为线偏振光，其偏振面垂直于由滤光片表面法线和入射光线所决定的平面。所述平行偏振光为线偏振光，其偏振面平行于垂直偏振光的偏振面。自然光可以看成是振幅相同的平行偏振光(P-Polarized)与垂直偏振光(S-Polarized)的叠加。因为波长相同的垂直偏振光与平行偏振光对于同一种材料所呈现的折射率不同，所以会导致透过所述膜堆结构2(HL)18的平行偏振光谱特性与垂直偏振光谱特性产生偏移，即图2中的虚曲线和点划线在波长方向上出现平移，所述平行偏振光透射光谱线的半值波长(透过率为50％时所对应的波长)与垂直偏振光透射光谱线的半值波长相差70nm以上。此时，混合后自然光的透射光谱线会在半值波长处出现非线性的不平滑部分影响了分光滤波的效果。
因为光学系统中的光源所发出的平行光通常存在一定的角度误差，所以分光滤波膜堆的透射光谱特性随入射光线角度的变化情况也成为考察分光滤波膜堆质量好坏的标准之一。
现以入射角分别为53度和37度为例，考察所述膜堆结构2(HL)18的透射光谱特性随入射光线角度的变化情况。如图3、图4所示，其中，实线为自然光的透射光谱线，虚线为平行偏振光的透射光谱线，点划线为垂直偏振光的透射光谱线。从图3中可知，当入射角度较大(入射角为53度)时，所述膜堆结构2(HL)18的自然光透射光谱线的非线性不平滑部分更为明显，而且反射波长范围的反射率也降低许多。从图3和图4的对比中可发现，所述膜堆结构2的透射光谱特性随角度变化明显，若以透过率为30％时所对应的波长做比较，入射角为53度时的自然光透射光谱线与入射角为37度时的自然光透射光谱线相差80nm。
综上所述，现有的膜堆结构2(HL)18因高、低折射率材料的折射率存在较大差异从而导致其出现分光滤波的效果较差，透射光谱特性随角度变化明显以及在大角度入射时反射波段的反射率下降等缺点。
发明内容
有鉴于此，有必要提供具有较理想分光滤波效果的膜堆结构。
一种膜堆结构，该膜堆结构包括一个透明基底和叠于其上的周期性膜堆。所述周期性膜堆的周期性结构为交互层叠的高折射率膜层和中间折射率膜层，所述中间折射率膜层的折射率范围为1.71至1.79或1.81至1.86。
相较于现有的技术，所述膜堆结构采用了中间折射率膜层代替现有的膜堆结构中的低折射率膜层，减少了周期性膜堆结构中两种折射率膜层之间的折射率差值，缩短了透射垂直偏振光谱和透射平行偏振光谱的差距，达到改善分光滤波镜的透射光谱特性的目的。
附图说明
图1为分光棱镜的结构示意图。
图2为入射角为45度，参考波长为550nm时，膜堆结构(HL)18的透射光谱图。
图3为入射角为53度，参考波长为483nm时，膜堆结构(HL)18的透射光谱图。
图4为入射角为37度，参考波长为483nm时，膜堆结构(HL)18的透射光谱图。
图5为本发明提供的周期性膜堆(HM)n的结构示意图。
图6为入射角为45度，参考波长为475nm时，膜堆结构(HM)18的透射光谱图。
图7为入射角为53度，参考波长为475nm时，膜堆结构(HM)18的透射光谱图。
图8为入射角为37度，参考波长为475nm时，膜堆结构(HM)18的透射光谱图。
具体实施方式
请参阅图5，其为本发明所提供的膜堆结构10示意图。所述膜堆结构10包括透明基底102和叠于其上的周期性膜堆104。所述周期性膜堆104的周期性结构为交互层叠的高折射率膜层106和中间折射率层108。所述周期性膜堆104的周期性结构可表示为(HM)n，其中，H代表一个高折射率膜层106，M代表一个中间折射率膜层104，H和M前面的系数之比代表各折射率膜层的光学厚度比，上标n表示所述周期性结构的周期数。
所述周期性膜堆104(HM)n的高折射率膜层106和中间折射率膜层108的光学厚度相同。所述周期性膜堆104(HM)n的周期数根据需要透射和反射的波长范围而设定。在本实施例中，所述周期性膜堆104(HM)n的周期数为18，其透射的波长范围为480nm至670nm，反射的波长范围为400nm至440nm。
所述透明基底102的材料可为透明玻璃或塑胶材质，如无色高度透明的冕玻璃(B270)或者青板玻璃。高折射率膜层106的折射率大于2.1，其材料可为二氧化钛、五氧化二钽和五氧化二铌中的一种。中间折射率膜层108的折射率范围为1.71至1.79或1.81至1.86，其材料可为德国默克公司生产的中间折射率材料M2或M3。除了本实施方式所提到的材料外，其他能满足各膜层折射率要求的材料也可以采用，各膜层通过物理气相沉积的方法制得。
请参阅图6，其为周期性膜堆104(HM)18在参考波长为475nm，入射角为45度条件下的透射光谱图。其中，实线为自然光的透射光谱线，虚线为平行偏振光的透射光谱线，点划线为垂直偏振光的透射光谱线。对比图6与图2可知，所述周期性膜堆104(HM)18透射的平行偏正光谱线与垂直偏振光谱线的半值波长差值仅为40nm。相比于现有膜堆结构2(HL)18，本发明提供的周期性膜堆104(HM)18大大地减少了平行偏振光谱线和垂直偏振光谱线的偏移效应，使得透过所述周期性膜堆104(HM)18的自然光的光谱特性在半值波长处的非线性不平滑部分得到较大的改善，提高了所述周期性膜堆104(HM)18的分光滤波效果。
请参阅图7和图8，其为本发明提供的周期性膜堆104(HM)18在参考波长为475nm，入射角分别为53度和37度条件下的透射光谱图。其中，实线为自然光的透射光谱线，虚线为平行偏振光的透射光谱线，点划线为垂直偏振光的透射光谱线。对比图7和图3可知，本发明提供的周期性膜堆104(HM)18在较大入射角(入射角为53度)时平行偏振光与垂直偏振光透射光谱的偏移情况相比于现有膜堆2(HL)18有了较大的改善。其次，在反射波长范围内，本发明提供的周期性膜堆104(HM)18依然能保持较高的反射率，有效地改善了现有膜堆2(HL)18在较大入射角时反射波长范围内反射率升高的问题。对比图7、图8、图3与图4可知，本发明提供的周期性膜堆104(HM)18在入射角为37度时的平行偏振光与垂直偏振光透射光谱的偏移情况相比于现有膜堆2(HL)18有了较大的改善，且在入射角度由37至53的变化范围内，本发明提供的周期性膜堆104(HM)18的透射光谱特性随入射角度的变化较小，可较大的入射角范围获得较好的透射光谱特性。
综上所述，本发明提供的周期性膜堆(HM)n通过利用中间折射率材料替代现有膜层结构(HL)n中的低折射率材料，使得不同折射率膜层的折射率差值缩小从而有效地减少分光滤波膜层在45度角入射时透射光谱的半值波长处平行偏振光谱和垂直偏振光谱的偏移量，改善了现有膜层结构(HL)n在较大入射角时反射波长范围内反射率下降的情况并且减少了分光滤波膜层在入射角变化时的透射光谱偏移量。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种膜堆结构，该膜堆结构包括一个透明基底和叠于其上的周期性膜堆，其特征在于：所述周期性膜堆的周期性结构为交互层叠的高折射率膜层和中间折射率膜层，所述中间折射率膜层的折射率范围为1.71至1.79或1.81至1.86。
2.如权利要求1所述的膜堆结构，其特征在于：所述透明基底为透明玻璃或塑胶。
3.如权利要求2所述的膜堆结构，其特征在于：所述透明基底的材料为冕玻璃(B270)或者青板玻璃。
4.如权利要求1所述的膜堆结构，其特征在于：所述周期性膜堆的高折射率膜层与中间折射率膜层的光学厚度相同。
5.如权利要求1所述的膜堆结构，其特征在于：所述高折射率膜层的折射率大于2.1。
6.如权利要求1所述的膜堆结构，其特征在于：所述周期性膜堆的周期数根据需要透射和反射的波长范围而设定。
7.如权利要求6所述的膜堆结构，其特征在于：所述周期性膜堆的周期数为18。
8.如权利要求1所述的膜堆结构，其特征在于：所述高折射率膜层材料采用二氧化钛、五氧化二钽或五氧化二铌中的一种。
9.如权利要求1所述的膜堆结构，其特征在于：所述中间折射率膜层材料采用默克材料M2或M3中的一种。
10.如权利要求1所述的膜堆结构，其特征在于：所述周期性膜堆通过物理气相沉积的方法制得。
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