CN109212644A - 一种低偏振像差分色片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低偏振像差分色片及其制备方法，属于光学仪器技术领域。本发明克服了现有分色片在锥光入射条件下P、S光反射相位大幅波动，引入偏振像差的缺点；本发明既能实现现有分色片分光的功能，又能有效控制P、S光反射相位，大大减小分色片使用对光学系统光学传递函数的影响；该分色片的使用改善了光学系统的成像质量。

Description

一种低偏振像差分色片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种低偏振像差分色片及其制备方法，属于光学仪器技术领域，可应用于光学分析仪器、光学探测器技术，低偏振像差是指在45°入射范围内，P光和S光的反射相位变化在一个周期内，反射相位数值不大于180°。
背景技术
分色片是指在光线在一定角度入射下，部分光线被反射、部分光线透射，从而实现分色的目的，是众多光学系统的关键组成部分，广泛地应用于光学探测和光学测量中。其分光应用如图1所示，对于平行入射光，该系统能够实现部分入射光反射、部分光透射的功能。
现有分色片在锥光入射条件下，由于光线在一定角度范围内入射，P光和S光的反射相移会不同，从而导致波阵面的相位存在差异，引入偏振像差。对于成像系统，其成像质量会下降，表现为子午和弧矢方向的传递函数变差。45°入射时，现有分色片的反射光谱和反射相位分别如图2、图3所示。由图3可以看出，当锥光入射时，经现有分色片反射后，P光、S光的反射相位出现大的波动，不同入射角度下的波阵面相位差异较大，从而引入偏振像差。对高质量成像光学系统，必须降低该类偏振像差。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有分色片的不足，提供了一种低偏振像差的分色片及其制备方法，解决了现有分色片在锥光入射时由于P偏振和S偏振光反射相移的大幅波动引入偏振像差的缺点。
本发明的技术解决方案是：
一种低偏振像差分色片，该分色片包括基底、二氧化钛层和二氧化硅层；
所述的基底的材料为K9或石英等透明玻璃材料；
二氧化钛层和二氧化硅层交替叠加；
二氧化钛层的材料为二氧化钛薄膜，二氧化钛层在基底上；
二氧化硅层的材料为二氧化硅薄膜；
基底上方共四十六层，第一层为二氧化钛层，第二层为二氧化硅层，第三层为二氧化钛层，第四层为二氧化硅层，第五层为二氧化钛层，第六层为二氧化硅层，…，第四十五层为二氧化钛层，第四十六层为二氧化硅层；
每层的厚度如表1所示；
表1.分色片的膜层结构
基底和一定厚度的二氧化硅、二氧化钛交替叠加构成的四十六层薄膜材料，第一层与基底相连，第四十六层与入射空气接触；
一种低偏振像差分色片的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)采用物理气相沉积法在基底上沉积第一层二氧化钛层；
(2)在步骤(1)得到的第一层上采用物理气相沉积法沉积第二层二氧化硅层；
(3)在步骤(2)得到的第二层上采用物理气相沉积法沉积第三层二氧化钛层；
(4)在步骤(3)得到的第三层上采用物理气相沉积法沉积第四层二氧化硅层；
…
(5)在得到的第四十五层上采用物理气相沉积法沉积第四十六层二氧化硅层。
本发明与现有技术相比的优点在于：克服了现有分色片在锥光入射条件下P、S光反射相位大幅波动，引入偏振像差的缺点；本发明既能实现现有分色片分光的功能，又能有效控制P、S光反射相位，大大减小分色片使用对光学系统光学传递函数的影响；该分色片的使用改善了光学系统的成像质量。
附图说明
图1为分色片的分光应用的示意图；
图2现有分色片的反射光谱示意图；
图3现有分色片的反射相位示意图；
图4本发明的分色片的反射光谱示意图；
图5本发明的分色片的反射相位示意图。
具体实施方式
一种低偏振像差分色片，该分色片包括基底、二氧化硅层和二氧化钛层；
所述的基底的材料为K9或石英等透明玻璃材料；
二氧化硅层和二氧化钛层交替叠加；
二氧化硅层的材料为二氧化硅；
二氧化钛层的材料为二氧化钛，二氧化钛层在基底上；
基底和一定厚度的二氧化钛、二氧化硅交替叠加构成的四十六层薄膜材料，第一层与基底相连，第四十六层与入射空气接触，其膜层结构如下表所示：
表1.分色片的膜层结构
本发明的分色片能够实现了450nm-1200nm宽光谱范围内分光，光线在41°-49°倾斜入射时450nm-900nm谱段的平均反射率为90％，1064nm波长的透射率大于95％，P、S光的反射相位小于180°，且变化在一个周期内，实现了低偏振像差引入的功能。具体设计方法如下：
入射介质为空气，空气折射率n＝1.0，入射角为45度时，在450nm-1200nm的波长范围内实现分光。
本发明的膜层材料及对应的膜层厚度如表1所示，其反射光普曲线和反射相位分别如图4、5所示。由图4可以看出，本发明的分色片实现了450nm-900nm谱段高反射和1064nm波长的高透射；图5可以看出，本发明分色片的反射相位控制在了180°、一个周期内，大大减小了锥光入射条件下的偏振像差。经过对安装有本发明分色片的光学系统传函和光谱测试，均满足技术要求，实现了光谱和相位的同时控制。
450nm-1200nm宽光谱范围内分光，光线在41°-49°倾斜入射时450nm-900nm谱段的反射，1064nm波长透过的低偏振像差分色镜。

Claims (10)

1.一种低偏振像差分色片，其特征在于：该分色片包括基底、二氧化钛层和二氧化硅层。
2.根据权利要求1所述的一种低偏振像差分色片，其特征在于：所述的基底为透明玻璃材料。
3.根据权利要求1所述的一种低偏振像差分色片，其特征在于：所述的基底的材料为K9或石英。
4.根据权利要求1所述的一种低偏振像差分色片，其特征在于：二氧化钛层和二氧化硅层交替叠加。
5.根据权利要求1所述的一种低偏振像差分色片，其特征在于：二氧化钛层的材料为二氧化钛薄膜，二氧化钛层在基底上。
6.根据权利要求1所述的一种低偏振像差分色片，其特征在于：二氧化硅层的材料为二氧化硅薄膜。
7.根据权利要求1所述的一种低偏振像差分色片，其特征在于：二氧化钛层一共二十三层，二氧化硅层一共二十三层。
8.根据权利要求1所述的一种低偏振像差分色片，其特征在于：基底上方共四十六层，第一层为二氧化钛层，第二层为二氧化硅层，第三层为二氧化钛层，第四层为二氧化硅层，第五层为二氧化钛层，第六层为二氧化硅层，…，第四十五层为二氧化钛层，第四十六层为二氧化硅层。
9.根据权利要求8所述的一种低偏振像差分色片，其特征在于：每层的厚度如表1所示；
表1
10.一种低偏振像差分色片的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括：
(1)采用物理气相沉积法在基底上沉积第一层二氧化钛层；
(2)在步骤(1)得到的第一层上采用物理气相沉积法沉积第二层二氧化硅层；
(3)在步骤(2)得到的第二层上采用物理气相沉积法沉积第三层二氧化钛层；
(4)在步骤(3)得到的第三层上采用物理气相沉积法沉积第四层二氧化硅层；
…
(5)在得到的第四十五层上采用物理气相沉积法沉积第四十六层二氧化硅层。
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