CN110737099B - 偏振无关的分束器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种偏振无关的分束器，包括基片，基片上具有多个高折射率膜层、中折射率膜层和低折射率膜层交替堆叠而成的膜系，所述高折射率膜层的材料为SiH、SiOxHy或SiH与SiOxHy的混合物，本发明方案可以应用于干涉仪，成像仪器，检测仪器，数据中心，光通讯的梳状滤波器(Interleaver)等领域，其中，有至少与800nm至4000nm波长范围部分重叠的通带，每个SiH/SiOxHy层在800nm至4000nm波长范围内折射率均大于3，在800nm至4000nm波长范围内的消光系数均小于0.0005,整个膜系在800nm至4000nm波长范围内部分重叠，实现低吸收，实现大角度下各种分光比的偏振无关的分束器。

Description

偏振无关的分束器
技术领域
本发明涉及光通讯领域，尤其是偏振无关的分束器。
背景技术
常规情况下,偏振无关的分束器，由于消偏振设计需要三种或三种以上的折射率介质膜或者金属膜交替堆叠形成。高折射率膜层通常采用不同氧化物形成，例如TiO2、Nb2O5、Ta2O5及它们的混合物，中折射率膜层通常采用Al2O3及氧化物混合物(AlxPryOz、AlxLayOz、AlxTayOz等)，低折射率膜层通常采用SiO2、MgF2，金属Ag等。金属膜和介质膜混合镀制的偏振无关分束器，由于其极差的可靠性，使用寿命低，远远不如硬介质氧化膜。然而，基于硬介质氧化膜的偏振无关分束器，由于这三类材料的折射率跨度不大，常常需要非常多的膜层，难于控制镀膜的精度，镀制的难度大，成品率低。
为了提高偏振无关分束器的性能，理想的措施是减少层数，减少总涂层厚度以及更好的大角度消偏性能。一种方式是，提高消偏设计的折射率跨度，对于高折射率膜层，采用在800mm至4000nm波长范围上折射率高于常规氧化物的材料。除具备较高的折射率之外，该材料还必须在800nm至4000nm的波长范围上具备低的消光系数，以提高使用波段范围的反射率。
发明内容
针对现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种实施可靠、制备便利且能够提高使用波段范围反射率的偏振无关的分束器。
为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：
偏振无关的分束器，包括基片，基片上具有多个高折射率膜层、中折射率膜层和低折射率膜层交替堆叠而成的膜系，所述高折射率膜层的材料为SiH、SiOxHy或SiH与SiOxHy的混合物。
进一步，所述的基片为二氧化硅材料成型。
进一步，所述的中折射率膜层的材料为Nb2O5、Ta2O5、Al2O3、AlxPryOz、AlxLayOz、AlxTayOz中的至少一种混合物。
进一步，所述的低折射率膜层的材料为SiO2、MgF2中的至少一种混合物。
进一步，所述的高折射率膜层在800～4000nm波长范围内的折射率均大于3。
进一步，所述的高折射率膜层在800～4000nm波长范围内的晓光系数均小于0.0005。
进一步，所述的多个高折射率膜层、中折射率膜层和低折射率膜层在基片上对称或非对称交替堆叠。
采用上述的技术方案，本发明的有益效果为：本发明的基片材料为基于二氧化硅材料的玻璃材料，采用SiH/SiOxHy混合物制成的高折射率膜层，Nb2O5、Ta2O5、Al2O3、AlxPryOz、AlxLayOz、AlxTayOz至少一种混合制成的中折射率膜层和SiO2、MgF2至少一种混合制成的低折射率膜层在基片上进行对称或者非对称且交替堆叠成膜系，每个SiH/SiOxHy层(即高折射率膜层)在800nm至4000nm波长范围内折射率均大于3，在800nm至4000nm波长范围内的消光系数均小于0.0005。整个膜系在800nm至4000nm波长范围内部分重叠，实现低吸收，实现大角度下各种分光比的偏振无关分束器NPBS，使得该方案还可以应用于干涉仪，成像仪器，检测仪器，数据中心，光通讯的梳状滤波器(Interleaver)等领域。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的阐述：
图1为本发明的实施方式之一的示意图；
图2为本发明的实施方式之二的示意图；
图3为本发明的实施例1或2的简要示意图；
图4为实施例1在51.5度+/-3度的透射率和波长的关系图；
图5为实施例2在玻璃内45度的透射率与反射率和波长的关系图；
图6为实施例2样品对P和S两种偏振态的透射率和反射率的测量数据；
图7为实施例2的偏振相关损耗的测量数据。
具体实施方式
下面结合实施例对发明做进一步描述。
如图1或2所示，本发明包括基片1，基片上具有多个高折射率膜层2、中折射率膜层3和低折射率膜4层交替堆叠而成的膜系，所述高折射率膜层2的材料为SiH、SiOxHy或SiH与SiOxHy的混合物。
其中，所述的基片1为二氧化硅材料成型；所述的中折射率膜层2的材料为Nb2O5、Ta2O5、Al2O3、AlxPryOz、AlxLayOz、AlxTayOz中的至少一种混合物；所述的低折射率膜层3的材料为SiO2、MgF2中的至少一种混合物。
另外，所述的多个高折射率膜层2、中折射率膜层3和低折射率膜层4在基片上对称或非对称交替堆叠，其中图1所示为非对称堆叠的示意图之一，图2为所示为对称堆叠的示意图之一。
本发明采用上述的技术方案，其中基片1材料为基于二氧化硅材料的玻璃材料，采用SiH/SiOxHy混合物制成的高折射率膜层2，Nb2O5、Ta2O5、Al2O3、AlxPryOz、AlxLayOz、AlxTayOz至少一种混合制成的中折射率膜层3和SiO2、MgF2至少一种混合制成的低折射率膜层4在基片1上进行对称或者非对称且交替堆叠成膜系，使得每个SiH/SiOxHy层(即高折射率膜层)在800nm至4000nm波长范围内折射率均大于3，在800nm至4000nm波长范围内的消光系数均小于0.0005。另外，整个膜系在800nm至4000nm波长范围内部分重叠，实现低吸收，实现大角度下各种分光比的偏振无关分束器NPBS，使得该方案还可以应用于干涉仪，成像仪器，检测仪器，数据中心，光通讯的梳状滤波器(Interleaver)等领域。
实施例1
本实施例为高折射率膜层、中折射率膜层和低折射率膜层在基片上非对称交替堆叠的其中一种实施例，如图3所示，在51.5度+/-3度入射条件下，具有820-880nm范围内的消偏振效应，其结构包含11层由三种材料堆叠而成的膜系。
其中堆叠的层次顺序如下表所示：
Figure BDA0001735012140000031
高折射率膜层的材料为SiH，在850nm附近的折射率为3.22。
中折射率膜层的材料为Ta2O5，在850nm附近的折射率为2.112。
低折射率膜层的材料为SiO2，在850nm附近的折射率为1.484。
基底材料为普通的K9光学玻璃。
本实施例的有益效果为：本实施例偏振无光分束器可以满足51.5度+/-3度大角度下的偏振无光；采用溅射的硬介质镀膜。并且可以满足通讯类、汽车类产品的耐摩擦、耐高温高湿的可靠性需求；图4为本实施例在51.5度+/-3度的透射率和波长的关系图。
实施例2
本实施例为高折射率膜层、中折射率膜层和低折射率膜层在基片上对称交替堆叠的其中一种实施例，参见图3，其具有1510nm-1580nm范围内的消偏振效应，其结构包含9层由三种材料完全对称堆叠而成的膜系，膜层外层皆为玻璃材质。
其中堆叠的层次顺序如下表所示：
Figure BDA0001735012140000041
高折射率膜层的材料为SiH，在1550nm附近的折射率为3.7。
中折射率膜层的材料为Ta2O5，在1550nm附近的折射率为2.089。
低折射率膜层的材料为SiO2，在1550nm附近的折射率为1.47。
基底材料为普通的K9光学玻璃。
膜系由9层三种材料完全对称堆叠而成的。
本实施具有以下有益效果：本实施偏振无光分束器严格采用对称膜系，反射光S分量与P分量相位延迟差减去透射光S分量与P分量相位延迟差绝对值理论上为0度；采用溅射的硬介质镀膜。并且可以满足通讯类、汽车类产品的耐摩擦、耐高温高湿的可靠性需求；图5为本实施例在玻璃内45度的透射率与反射率和波长的关系图；图6为本实例样品对P和S两种偏振态的透射率和反射率的测量数据；图7为本实例样品的偏振相关损耗的测量数据。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.偏振无关的分束器，包括基片，基片上具有多个高折射率膜层、中折射率膜层和低折射率膜层交替堆叠而成的膜系，其特征在于：所述高折射率膜层的材料为SiH、SiOxHy或SiH与SiOxHy的混合物；所述的高折射率膜层在800～4000nm波长范围内的折射率均大于3；所述的中折射率膜层的材料为Nb2O5、Ta2O5中的至少一种或混合物；所述的低折射率膜层的材料为SiO2；所述高折射率膜层、中折射率膜层、低折射率膜层的总层数为9层或11层。
2.根据权利要求1所述的偏振无关的分束器，其特征在于：所述的基片为二氧化硅材料成型。
3.根据权利要求1所述的偏振无关的分束器，其特征在于：所述的高折射率膜层在800～4000nm波长范围内的晓光系数均小于0.0005。
4.根据权利要求1所述的偏振无关的分束器，其特征在于：所述的多个高折射率膜层、中折射率膜层和低折射率膜层在基片上对称或非对称交替堆叠。
5.一种干涉仪，其特征在于：其包括权利要求1所述的偏振无关的分束器。
6.一种光通讯的梳状滤波器，其特征在于：其包括权利要求1所述的偏振无关的分束器。
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