CN110361799B - 一种抗激光损伤的二色性介质立方分光棱镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种反射1064nm激光、透过700nm‑900nm电视的二色性介质立方分光棱镜，把在斜面上镀有规整膜层与非规整膜层相结合分光膜的直角棱镜与未镀膜的直角棱镜使用某耐高温环氧树脂胶合在一起，得到一种高反1064nm激光、高透过700nm‑900nm电视波段的且具有一定抗激光损伤的二色性介质分光棱镜，规整与非规整膜层相结合的这种膜系，大部分激光优先从M与SiO2的规整膜层反射，减小了整个分光膜系的吸收，其与耐高温的环氧树脂胶结合有利于提高立方分光棱镜的抗激光损伤阈值。它可应用于共光路光电系统中包含电视、激光双波段的探测，且其较高的抗激光损伤阈值有利于应用在激光压制光电设备中。

Description

一种抗激光损伤的二色性介质立方分光棱镜
技术领域
本发明属于光学薄膜技术领域，一种用于共光路光电系统中的二色性介质立方分光棱镜，尤其涉及一种反射1064nm激光、透过700nm-900nm电视的二色性介质分光膜。
背景技术
激光探测以其探测精度高，反应速度快广泛应用于光电领域的各个方面。而由于小型化、轻量化的要求，目前越来越多的光电设备采用包括电视、激光的多波段共光路的设计，随着性能要求的不断提高，激光的能量也越来越高，这对光学膜层提出了新的挑战。之前光学系统中激光能量较小，多波段光学膜层主要考虑光谱性能，在激光损伤阈值方面考虑不多，其抗激光性能往往较差，难以适应新系统的需求。因此同时考虑薄膜的光谱性能及抗激光损伤性能来制备薄膜以适应项目的需求迫在眉睫。
高性能的分光棱镜，可以增强目标对比度、提高探测距离。所以高性能分光棱镜的研制技术，对激光探测系统成功与否及性能是否优越有着极为重要的作用。
平板分光镜由于玻璃基底及膜层能够耐受较高的温度，故其抗激光损伤能力较高。而常规立方棱镜分光膜的短板在于由于整个膜层不可避免的吸收升温，仅仅耐受一百余度的胶层损坏会导致整个立方棱镜整体的损坏，所以能够降低膜系吸收的膜系设计、耐高温的胶合层都能够提高立方棱镜的抗激光损伤阈值。
对立方棱镜分光膜的膜系结构，一些文献作了报道：有公开的分光介质膜，采用总数为103层交替分布的高折射率薄膜、次高折射率薄膜和低折射率薄膜实现400-600nm高透过、800-900nm高反射；也有公开的激光/电视分光膜，600-800nm透过率达到95.6％，1064nm激光透过率为1.5％，但其未曾考虑膜层的激光损伤；还有公开技术采用虚设层概念，设计出了400nm-900nm波段高透过、1064nm激光波段高反射的立方棱镜二向色分光镜，即实现在400nm-900nm波段，τ≥98％，1064nm激光波段，ρ≥95％，但也未曾探讨膜层的抗激光损伤问题。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种抗激光损伤的二色性介质立方分光棱镜。本分光棱镜分光性能为700-900nm波段，τ≥96.1％，1064nm波段，ρ≥99.5％。
本发明的技术方案为：
所述一种抗激光损伤的二色性介质立方分光棱镜，包括透明直角棱镜基片和分光膜系结构，其中分光膜系结构镀制在一个透明直角棱镜基片上，另一透明直角棱镜基片与镀制有分光膜系结构的透明直角棱镜基片胶合固定形成立方分光棱镜；
其特征在于：所述分光膜系结构采用由规整中折射率薄膜、低折射率薄膜及非规整的高折射率薄膜、低折射率薄膜交替叠加后构成，具体形式为从入射方向依次为(ML)5(HL)17，H为高折射率薄膜，M为中折射率薄膜，L为低折射率薄膜。
进一步的优选方案，所述一种抗激光损伤的二色性介质立方分光棱镜，其特征在于：所述高折射率薄膜材料为TiO2，其薄膜厚度为91.1-191.1nm；所述中折射率薄膜材料为HfO2，其薄膜厚度为178.6nm；所述低折射率薄膜材料为SiO2，其在(ML)5中的薄膜厚度为241nm，其在(HL)17中的薄膜厚度为137.2-396.3nm。
进一步的优选方案，所述一种抗激光损伤的二色性介质立方分光棱镜，其特征在于：高折射率薄膜TiO2的折射率为2.3-2.4，中折射率薄膜HfO2的折射率为2.1-2.2，低折射率薄膜的折射率为1.46。
进一步的优选方案，所述一种抗激光损伤的二色性介质立方分光棱镜，其特征在于：整个膜系结构的各层分布及厚度为：
Figure BDA0002112958140000021
Figure BDA0002112958140000031
进一步的优选方案，所述一种抗激光损伤的二色性介质立方分光棱镜，其特征在于：将两个透明直角棱镜基片胶合固定形成立方分光棱镜的光学粘合剂为耐高温环氧树脂。
有益效果
本发明通过设计规整与非规整膜层相结合的膜系结构，使用某耐高温环氧树脂胶胶合，实现一种反射1064nm激光、透过700nm-900nm电视的二色性介质立方分光棱镜。通过规整与非规整膜层相结合膜系结构，大部分激光优先从HfO2与SiO2的规整膜系反射，减小了整个分光膜的吸收，且使用耐高温的环氧树脂胶，从而降低了胶层易损毁的风险。
附图说明
图1偏振分光棱镜结构示意图。
其中：1、透明直角棱镜基片；2、分光膜系结构；3、透明直角棱镜基片。
图2是本发明透射光谱曲线。
具体实施方式
本实施例提出一种抗激光损伤的反射1064nm激光、透过700nm-900nm电视的二色性介质立方分光棱镜，包括透明直角棱镜基片和分光膜系结构，其中分光膜系结构镀制在一个透明直角棱镜基片上，另一透明直角棱镜基片与镀制有分光膜系结构的透明直角棱镜基片采用耐高温环氧树脂胶合固定形成立方分光棱镜。透明直角棱镜基片选用折射率为1.52的透明直角棱镜，入射角度为45°。
所述分光膜系结构采用由规整中折射率薄膜、低折射率薄膜及非规整的高折射率薄膜、低折射率薄膜交替叠加后构成，具体形式为从入射方向依次为(ML)5(HL)17，总数为44层，其中H为高折射率薄膜，材料为TiO2，折射率为2.3-2.4，M为中折射率薄膜，材料为HfO2，折射率为2.1-2.2，L为低折射率薄膜，材料为SiO2，折射率为1.46。高折射率薄膜的薄膜厚度为91.1-191.1nm；中折射率薄膜的薄膜厚度为178.6nm；低折射率薄膜在(ML)5中的薄膜厚度为241nm，其在(HL)17中的薄膜厚度为137.2-396.3nm。
整个膜系结构的各层分布及厚度为：
Figure BDA0002112958140000041
Figure BDA0002112958140000051
该分光棱镜直角棱镜斜面上镀有规整与非规整膜层相结合的分光膜，大部分激光优先从HfO2与SiO2的规整膜系反射，减小了整个分光膜的吸收，且耐高温的环氧树脂胶可以显著降低了胶层易损毁的风险；而优化后的非规整膜层对波段为700-900nm的电视波段高透过，对波段为1064nm的激光波段高反射，实现具有一定抗激光损伤情况下的高效率分光。经测试获得分光棱镜的透射光谱曲线(参见图2)，分光棱镜的分光性能为700-900nm时τ>96.1％，1064nm激光ρ>99.5％。
该分光棱镜可应用于共光路光电系统中包含电视、激光双波段的探测，且其较高的抗激光损伤阈值有利于应用在激光压制光电设备中。

Claims (2)

1.一种抗激光损伤的二色性介质立方分光棱镜，包括透明直角棱镜基片和分光膜系结构，其中分光膜系结构镀制在一个透明直角棱镜基片上，另一透明直角棱镜基片与镀制有分光膜系结构的透明直角棱镜基片胶合固定形成立方分光棱镜；
其特征在于：所述分光膜系结构采用由规整中折射率薄膜、低折射率薄膜及非规整的高折射率薄膜、低折射率薄膜交替叠加后构成，具体形式为从入射方向依次为(ML)5(HL)17，H为高折射率薄膜，M为中折射率薄膜，L为低折射率薄膜；
所述高折射率薄膜材料为TiO2，其薄膜厚度为91.1-191.1nm；所述中折射率薄膜材料为HfO2，其薄膜厚度为178.6nm；所述低折射率薄膜材料为SiO2，其在(ML)5中的薄膜厚度为241nm，其在(HL)17中的薄膜厚度为137.2-396.3nm；
高折射率薄膜TiO2的折射率为2.3-2.4，中折射率薄膜HfO2的折射率为2.1-2.2，低折射率薄膜的折射率为1.46；
整个膜系结构的各层分布及厚度为：
Figure FDA0003673692870000011
Figure FDA0003673692870000021
2.根据权利要求1所述一种抗激光损伤的二色性介质立方分光棱镜，其特征在于：将两个透明直角棱镜基片胶合固定形成立方分光棱镜的光学粘合剂为耐高温环氧树脂。
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