CN103149621A - 反射式相位延迟片 - Google Patents

Abstract

一种反射式相位延迟片，由双折射平板晶片的一面镀高反射膜，另一面镀增透膜一体构成，所述的双折射平板晶片的光轴与晶片表面平行，其厚度d由实际需要的互相垂直的两偏振光间产生的位相延迟

及使用的双折射材料来精确决定，n为双折射平板晶片的折射率，λ为使用波长。本发明在正入射条件下就可以实现反射相位延迟功能，且相位延迟量为透射式相位延迟量的两倍，系统集成度高，相位延迟量可以通过调整各向异性双折射晶片的厚度进行调节。

Description

反射式相位延迟片

技术领域

本发明涉及相位延迟片，特别是一种反射式相位延迟片。

背景技术

在光学系统中使用大量光学元件，实现光波的产生、放大以及光束的折转、偏振等功能。其中相位延迟片是一种在光学系统中大量使用的光学元件，是一种重要的偏振光调制器件，以实现入射光束两种偏振光相位差的调节。如在有机发光显示器中的复合相位延迟片（CN102798921A），具有良好视觉特性适用于移动装置液晶显示器中的复合相位延迟片（CN1932560A），补偿硅基液晶显示屏产生残余双折射的微调相位延迟器（CN1661420A）。为了实现相位延迟，必须使用具有调节入射两种偏振光相位差能力的各向异性材料或在利用斜入射情况下透反射相位延迟差异，如液晶（CN1078049A，CN102707362A），双折射晶体材料（CN102383808A，CN102508328A），锆钛酸铅镧电光陶瓷材料（CN102722041A）及相位延迟光纤（CN2791666Y）等。通常情况下，相位延迟器件透射使用，依据该器件对入射光束两种偏振光相位差的调节实现一定的相位延迟量。专利CN201166717Y，借助与两个斜入射下使用的薄膜型相位延迟薄膜，两个光学调整架以及一个精密调整平台可以实现可调反射相位延迟功能，虽然此类设计是基于反射型相位延迟器件，但需要多个部件组合在一起才能实现相应的相位延迟功能，系统设计较为复杂。因此，发明一种简易可行，集成度高，易于实现的正入射反射式相位延迟片具有强烈的应用需求，而且提供一种新的反射式相位延迟片的设计方法也是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种反射式相位延迟片，该相位延迟片在光波正入射条件下TE和TM两种偏振态光波偏振分离，且两种偏振态光波在设计波长范围内均具有很高的反射率及特定的反射相位差。

为了实现这一目的，本发明的技术解决方案如下：

一种反射式相位延迟片，其特点在于由双折射平板晶片的一面镀高反射膜，另一面镀增透膜一体构成，所述的双折射平板晶片的光轴与晶片表面平行，其厚度d由实际需要的互相垂直的两偏振光间产生的位相延迟

及使用的双折射材料来精确决定，n为双折射平板晶片的折射率，λ为使用波长。

所述的高反射膜的构成为(HL)^m H，其中H为高折射率膜层，L为低折射率膜层，m为高折射率膜层和低折射率膜层交替重复的次数，所述的高折射率膜层和低折射率膜层每层的光学厚度为四分之一使用波长λ。

所述的增透膜的构成为HL，其中H为高折射率膜层，L为低折射率膜层，所述的高折射率膜层和低折射率膜层的光学厚度为四分之一使用波长λ。

所述的双折射平板晶片由具有石英、方解石或云母制成。

本发明反射式相位延迟片与传统反射相位延迟片相比，本发明的技术效果如下：

本发明反射式相位延迟片由于在晶片背面制备了多层高反射膜层，在正入射条件下就可以实现反射相位延迟功能，且相位延迟量为透射式相位延迟量的两倍，系统集成度高，相位延迟量可以通过调整各向异性双折射晶片的厚度进行调节。

附图说明

图1为本发明反射式相位延迟片的截面结构示意图。

图2为本发明反射式相位延迟片在空气及双折射平板晶片界面的剩余反射率。设计结构为：(HL)¹⁵H/1/8λ波片/HL/Air

图3为本发明反射式相位延迟片正入射时的反射率。设计结构为：(HL)¹⁵H/1/8λ波片/HL/Air

图中：

1-高折射率材料膜层2-低折射率材料膜层3-双折射平板晶片4-高反膜5-增透膜。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1为本发明反射式相位延迟片的截面结构示意图。由图可见，本发明反射式相位延迟片，由双折射平板晶片3的一面镀高反射膜4，另一面镀增透膜5一体构成，所述的双折射平板晶片3的光轴与晶片表面平行，其厚度d由实际需要的互相垂直的两偏振光间产生的位相延迟

及使用的双折射材料来精确决定，n为双折射平板晶片3的折射率，λ为使用波长。

所述的高反射膜4的构成为(HL)^m H，其中H为高折射率膜层1，L为低折射率膜层2，m为高折射率膜层1和低折射率膜层2交替重复的次数，所述的高折射率膜层1和低折射率膜层2每层的光学厚度为四分之一使用波长λ。

所述的增透膜5的构成为HL，其中H为高折射率膜层1，L为低折射率膜层2，所述的高折射率膜层1和低折射率膜层2每层的光学厚度为四分之一使用波长λ。

所述的双折射平板晶片3由具有石英、方解石或云母制成。

本发明的依据如下：

图1为本发明反射式相位延迟片的截面结构示意图。所述的双折射平板晶片（以下简称晶片）3通常由具有精确厚度的石英、方解石或云母等双折射晶片做成，其光轴与晶片表面平行。当线偏振光垂直入射时，由高折射率材料1和低折射率材料2组成的增透膜5可以很好实现相位延迟层折射率与入射介质折射率之间的匹配，消除晶片与入射介质构成的界面层的反射。当入射光束经过增透膜5后入射到所述的双折射平板晶片3时，入射光的振动方向与晶片光轴夹θ角（θ≠0°、90°），入射的光振动分解成垂直于光轴（o振动）和平行于光轴（e振动）两个分量，它们对应晶片中的o光和e光。晶片中的o光和e光沿原入射方向传播，但传播速度不同(折射率不同)，因此晶片中的o光和e光出射晶片到达高反射膜层4时具有不同的时间延迟，产生(n_o-n_e)d的光程差，d为晶片厚度，n_o和n_e为o光和e光的折射率。由于晶片背面制备有高折射率材料1和低折射率材料2交替组成的高反射膜4，在垂直入射情况下，对于入射的任何偏振态光波可以实现无差别高反射，因此，入射光波按照原来的传输路径重新反射回晶片内，仍然分为o光和e光传播。当达到增透膜5与晶片的界面时，产生的光程差为2(n_o-n_e)d。随后，光波经过增透膜5传输至入射介质中。

下面结合中心波长1064nm的反射式相位延迟片的实施例来详细说明本发明的具体实施过程。

实施例：

本发明反射式相位延迟片结构为：(HL)¹⁵H/1/8λ波片/HL/A。H和L分别为四分之一参考波长光学厚度的高折射率材料膜层和低折射率材料膜层，高反射膜中HL基本膜系重复15次，A为入射空气层。每层的材料和相应的折射率如下表：

本实例中光波正入射到反射式相位延迟片上。图2为本发明反射式相位延迟片在空气及双折射平板晶片界面的剩余反射率。图3为本发明反射式相位延迟片正入射时的反射率。从图2中可以看出，在晶片上制备的增透膜5可以有效减少晶片和入射介质折射率不匹配引入的反射损耗，在1064nm波长，该界面的剩余反射可以降至0.5%以下。图3中给出的反射相位延迟片的反射率大于99.6%。由于1/8λ波晶片3对入射的两种偏振态光波的调制作用，在正入射时两种偏振态光波经过正向及反向传输后共产生了90°的相位延迟。该相位延迟片的中心波长以及相位差的多少可以通过调节多层反射薄膜、多层增透薄膜及各向异性双折射平板晶片厚度等来实现，高反射膜4及增透膜5针对使用的波长进行调整，而各向异性双折射平板晶片厚度与使用波长及晶片材料相关，增加厚度，则相位延迟量增加。

因而，本发明具有很高的设计灵活性和较高的系统集成度。本发明中在各向异性相位延迟器件两面分别引入了增透薄膜和反射薄膜，为正入射条件下反射式相位延迟片提供了新的设计方法。

综合以上的详细分析和实例论证，本发明提出的反射式相位延迟片设计方法是切实有效可行的，实例表明这种结构的反射相位延迟片由于各向异性相位延迟器件两面分别引入了增透薄膜和反射薄膜，在正入射条件下就可以实现反射相位延迟功能，系统集成度高，且相位延迟量可以独立调节。该方法优良的设计灵活性使得本发明提出的反射式相位延迟片具有重要的实用前景。

Claims (4)

1.一种反射式相位延迟片，其特征在于由双折射平板晶片（3）的一面镀高反射膜（4），另一面镀增透膜（5）一体构成，所述的双折射平板晶片（3）的光轴与晶片表面平行，其厚度d由实际需要的互相垂直的两偏振光间产生的位相延迟

及使用的双折射材料来精确决定，n为双折射平板晶片（3）的折射率，λ为使用波长。

2.根据权利要求1所述的反射式相位延迟片，其特征在于，所述的高反射膜（4）的构成为(HL)^m H，其中H为高折射率膜层（1），L为低折射率膜层（2），m为高折射率膜层（1）和低折射率膜层（2）交替重复的次数，所述的高折射率膜层（1）和低折射率膜层（2）每层的光学厚度为四分之一使用波长λ。

3.根据权利要求1所述的反射式相位延迟片，其特征在于，所述的增透膜（5）的构成为HL，其中H为高折射率膜层（1），L为低折射率膜层（2），所述的高折射率膜层（1）和低折射率膜层（2）每层的光学厚度为四分之一使用波长λ。

4.根据权利要求1所述的反射式相位延迟片，其特征在于，所述的双折射平板晶片（3）由具有石英、方解石或云母制成。

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