CN204166153U - 一种分光膜及分束镜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种分光膜，为由第一高折射率材料Ti3O5膜层、第一低折射率材料Al2O3膜层、金属材料Ag膜层、第二低折射率材料Al2O3膜层和第二高折射率材料Ti3O5膜层依次贴合而成的多层分光膜。当入射光照射于所述分光膜时，发生反射和折射，形成反射光和透射光。由于金属材料Ag膜层对可见光到近红外波段光均具有较高的反射率，并通过高低折射率材料叠加形式实现膜层的折射率匹配，所以可实现对可见光到近红外波段光的分光，进一步扩展了分光膜在光学仪器中的应用。本实用新型还提供一种分束镜，包括入射镜片、出射镜片和夹于所述入射镜片和所述出射镜片之间的分光膜，所述分光膜为以上所述的分光膜。所述分束镜可对可见光到近红外波段光实现分光。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学设备领域，特别是涉及一种分光膜。本实用新型还涉及一种分束镜。
背景技术
光学薄膜是指由薄的分层介质构成，通过界面传播光束的一类光介质材料。分光膜是光学薄膜的一种，是根据一定的要求和一定的方式把光束分成两部分的薄膜。分光膜包括波长分光膜、光强分光膜和偏振分光膜等几类。
光强分光膜是按照一定的光强比把光束分成反射光和透射光两部分的薄膜。目前，在光学仪器中使用的光强分光膜，其分光波长范围位于可见光波段。
随着高精度光学设备的应用日益广泛，光学仪器所涉及的光谱范围逐渐由可见光波段延伸至近红外波段。而光强分光膜的分光波长范围位于可见光波段，分光波长范围较窄，其分光波长范围不涉及近红外波段，从而限制了分光膜在光谱范围涉及可见光到近红外波段的光学仪器中的应用。
实用新型内容
本实用新型提供一种分光膜，可实现对可见光到近红外波段光的分光。本实用新型还提供一种分束镜。
本实用新型提供一种分光膜，所述分光膜为由第一高折射率材料Ti3O5膜层、第一低折射率材料Al2O3膜层、金属材料Ag膜层、第二低折射率材料Al2O3膜层和第二高折射率材料Ti3O5膜层依次贴合而成的多层分光膜。
可选地，所述分光膜的膜系结构为：/α1Hβ1LγAgβ2Lα2H/；
式中：H表示光学厚度为λ/4的高折射率材料Ti3O5膜层，L表示光学厚度为λ/4的低折射率材料Al2O3膜层，Ag表示金属材料Ag膜层，λ为中心波长，α1、β1、γ、β2和α2为光学厚度的比例系数。
可选地，α1为1.331，β1为0.7513，β2为0.3522，α2为0.327。
可选地，所述第一高折射率材料Ti3O5膜层的物理厚度为77nm，所述第一低折射率材料Al2O3膜层的物理厚度为63.73nm，所述金属材料Ag膜层的物理厚度为11.01nm，所述第二低折射率材料Al2O3膜层的物理厚度为29.87nm，所述第二高折射率材料Ti3O5膜层的物理厚度为18.92nm。
本实用新型所提供的一种分光膜，为由第一高折射率材料Ti3O5膜层、第一低折射率材料Al2O3膜层、金属材料Ag膜层、第二低折射率材料Al2O3膜层和第二高折射率材料Ti3O5膜层依次贴合而成的多层分光膜。金属材料Ag膜层位于所述分光膜的中间层，第一低折射率材料Al2O3膜层和第一高折射率材料Ti3O5膜层依次叠加于金属材料Ag膜层的一侧，第一低折射率材料Al2O3膜层和第一高折射率材料Ti3O5膜层依次叠加在金属材料Ag膜层的另一侧。当入射光照射于所述分光膜时，发生反射和折射，形成反射光和透射光。由于金属材料Ag膜层对可见光到近红外波段光均具有较高的反射率，并通过高低折射率材料叠加形式实现膜层的折射率匹配，从而使所述分光膜对可见光到近红外波段光均能形成反射光和透射光，所以可实现对可见光到近红外波段光的分光。
本实用新型还提供一种分束镜，包括入射镜片、出射镜片和夹于所述入射镜片和所述出射镜片之间的分光膜，所述分光膜为以上所述的分光膜。
可选地，所述入射镜片和所述出射镜片为直角棱镜，所述分光膜夹于所述两块直角棱镜的斜面之间。
可选地，所述直角棱镜为45度等腰直角棱镜。
可选地，所述入射镜片和所述出射镜片为同质的玻璃镜片。
可选地，所述入射镜片通过光胶技术与所述出射镜片粘合。
可选地，所述第一高折射率材料Ti3O5膜层、所述第一低折射率材料Al2O3膜层、所述金属材料Ag膜层、所述第二低折射率材料Al2O3膜层和所述第二高折射率材料Ti3O5膜层采用电子束蒸发依次蒸镀于所述入射镜片上。
本实用新型提供的一种分束镜，包括入射镜片、出射镜片和夹于所述入射镜片和所述出射镜片之间的分光膜，所述分光膜为以上所述的分光膜。当入射光照射到入射镜片，入射光经所述分光膜发生反射和折射，形成反射光和透射光。所述分光膜使分束镜可对可见光到近红外波段光实现分光。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种分光膜的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种分光膜经测试得到的透射光谱曲线；
图3为本实用新型实施例所提供的一种分束镜的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型提供一种分光膜，对可见光到近红外波段光具有较好的分光效果。本实用新型还提供一种分束镜。
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
参见图1，本实用新型所提供的一种分光膜，所述分光膜为由第一高折射率材料Ti3O5膜层10、第一低折射率材料Al2O3膜层11、金属材料Ag膜层12、第二低折射率材料Al2O3膜层13和第二高折射率材料Ti3O5膜层14依次贴合而成的多层分光膜。
金属材料Ag膜层12位于所述分光膜的中间层，第一低折射率材料Al2O3膜层11和第一高折射率材料Ti3O5膜层10依次叠加于金属材料Ag膜层12的一侧，第一低折射率材料Al2O3膜层13和第一高折射率材料Ti3O5膜层14依次叠加在金属材料Ag膜层12的另一侧。当入射光照射于所述分光膜时，发生反射和折射，形成反射光和透射光。由于金属材料Ag膜层对可见光到近红外波段光均具有较高的反射率，并通过高低折射率材料叠加形式实现膜层的折射率匹配，从而使所述分光膜对可见光到近红外波段光均能形成反射光和透射光。所以所述分光膜可实现对可见光到近红外波段光的分光，进一步扩展了分光膜在光学仪器中的应用。
本实施例中，所述分光膜的膜系结构为：/α1Hβ1LγAgβ2Lα2H/，式中：H表示光学厚度为λ/4的高折射率材料Ti3O5膜层，L表示光学厚度为λ/4的低折射率材料Al2O3膜层，Ag表示金属材料Ag膜层，λ为中心波长，α1、β1、γ、β2和α2为光学厚度的比例系数。采用该膜系结构，可使所述分光膜对500-1100nm波段光均分成反射光和透射光，实现对500-1100nm波段光的分光，带宽达600nm。参见图2，图2为本实施例所述分光膜通过检测设备测试得到的透射光谱曲线，可看到其分光波长范围为500-1100nm，带宽达600nm。
可通过调节α1、β1、β2、α2及γ的取值，来调节所述分光膜对500-1100nm波段光的光强分光比。
当取α1为1.331、β1为0.7513、β2为0.3522、α2为0.327时，再通过调节γ，所得到的分光膜对500-1100nm波段分光的分光比可达到1:1±5％的分光效果，如图2所示，从透射光谱曲线可以看到，其分光波长范围为500-1100nm，在这一波段范围内其透射曲线基本恒定，变化较小，对500-1100nm波段光的透射率基本维持在50％。
所相应地，第一高折射率材料Ti3O5膜层的物理厚度为77nm，第一低折射率材料Al2O3膜层的物理厚度为63.73nm，金属材料Ag膜层的物理厚度为11.01nm，第二低折射率材料Al2O3膜层的物理厚度为29.87nm，第二高折射率材料Ti3O5膜层的物理厚度为18.92nm。
所以，通过对所述膜系结构的优化，可得到分光波长范围为500-1100nm、分光比为1:1±5％、带宽为600nm的宽带分光膜。
参见图3，本实用新型所提供的一种分束镜，包括入射镜片20、出射镜片21和夹于所述入射镜片和所述出射镜片之间的分光膜22，所述分光膜22为以上所述的分光膜。
本实施例中，入射镜片和出射镜片可以是同质的玻璃镜片，入射镜片和出射镜片可以是K9玻璃镜片。所述入射镜片可通过光胶技术与所述出射镜片粘合。
入射镜片和出射镜片可以是直角棱镜，两块直角棱镜的尺寸可以相等，直角棱镜可以是45度等腰直角棱镜。所述分光膜夹于两块直角棱镜的斜面之间，两块直角棱镜的斜面通过光胶技术粘合，从而形成一个立方体分束镜。
将作为入射镜片的直角棱镜的一直角面作为光入射面。当一束入射光通过一直角面进入入射镜片，入射到分光膜发生反射和折射，形成反射光和透射光，反射光从作为入射镜片的直角棱镜的直角面射出，为第一出射光，透射光从作为出射镜片的直角棱镜的直角面射出，为第二出射光。
所述分光膜为以上所述的分光膜，所述分光膜为由第一高折射率材料Ti3O5膜层、第一低折射率材料Al2O3膜层、金属材料Ag膜层、第二低折射率材料Al2O3膜层和第二高折射率材料Ti3O5膜层依次贴合而成的多层分光膜。通过对所述分光膜的膜系结构的优化，可得到分光波长范围为500-1100nm、分光比为1:1±5％、带宽为600nm的宽带分光膜。所以，所述分束镜可实现对可见光到近红外波段光的分光，分光波长范围可为500-1100nm，分光带宽为600nm。入射光经所述分束镜形成的第一出射光和第二出射光，通过对分光膜膜系结构的优化，两者的光强比可达到1:1±5％，参见图2所示的透射光谱曲线。
本实施例中，所述第一高折射率材料Ti3O5膜层、所述第一低折射率材料Al2O3膜层、所述金属材料Ag膜层、所述第二低折射率材料Al2O3膜层和所述第二高折射率材料Ti3O5膜层采用电子束蒸发依次蒸镀于所述入射镜片上。
下面以在光学玻璃K9的直角棱镜的斜面上镀制分光膜为例，详细说明其具体镀制过程。其具体过程如下：
1、清洁镜片，用酒精和乙醚混合溶液浸湿的纱布擦洗，去除表面的油污、抛光时的遗留物等，镀制前用离子源进行清洁，离子源参数如下表所示。
2、将镜片放置在夹具内，放入真空镀膜机，真空度抽至1.5×10-3pa，烘烤温度升至200℃。
3、镀制第一高折射率材料Ti3O5膜层与第一低折射率材料Al2O3膜层，将Ti3O5与Al2O3分别放置在环形坩埚中，采用电子枪蒸镀，蒸镀时真空度为1.5×10-2pa，蒸发速率分别为和采用石英晶体控制法控制膜厚，其物理厚度分别为77nm和63.73nm。
4、镀制金属材料Ag膜层，将材料Ag放置在石墨坩埚中，采用电子枪蒸镀，蒸镀时真空度为1.5×10-3pa，蒸发速率为采用石英晶体控制法控制膜厚，其物理厚度为11.01nm。
5、镀制第二低折射率材料Al2O3膜层与第二高折射率材料Ti3O5膜层，将Al2O3与Ti3O5分别放置在环形坩埚中，采用电子枪蒸镀，蒸镀时真空度为1.5×10-2pa，蒸发速率分别为和采用石英晶体控制法控制膜厚，其物理厚度分别为29.87nm和18.92nm。
以上对本实用新型所提供的分光膜及分束镜进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种分光膜，其特征在于，所述分光膜为由第一高折射率材料Ti3O5膜层、第一低折射率材料Al2O3膜层、金属材料Ag膜层、第二低折射率材料Al2O3膜层和第二高折射率材料Ti3O5膜层依次贴合而成的多层分光膜。
2.如权利要求1所述的分光膜，其特征在于，所述分光膜的膜系结构为：/α1Hβ1LγAgβ2Lα2H/；
式中：H表示光学厚度为λ/4的高折射率材料Ti3O5膜层，L表示光学厚度为λ/4的低折射率材料Al2O3膜层，Ag表示金属材料Ag膜层，λ为中心波长，α1、β1、γ、β2和α2为光学厚度的比例系数。
3.如权利要求2所述的分光膜，其特征在于，α1为1.331，β1为0.7513，β2为0.3522，α2为0.327。
4.如权利要求1所述的分光膜，其特征在于，所述第一高折射率材料Ti3O5膜层的物理厚度为77nm，所述第一低折射率材料Al2O3膜层的物理厚度为63.73nm，所述金属材料Ag膜层的物理厚度为11.01nm，所述第二低折射率材料Al2O3膜层的物理厚度为29.87nm，所述第二高折射率材料Ti3O5膜层的物理厚度为18.92nm。
5.一种分束镜，其特征在于，包括入射镜片、出射镜片和夹于所述入射镜片和所述出射镜片之间的分光膜，所述分光膜为权利要求1至4任一项所述的分光膜。
6.如权利要求5所述的分束镜，其特征在于，所述入射镜片和所述出射镜片为直角棱镜，所述分光膜夹于所述两块直角棱镜的斜面之间。
7.如权利要求6所述的分束镜，其特征在于，所述直角棱镜为45度等腰直角棱镜。
8.如权利要求5所述的分束镜，其特征在于，所述入射镜片和所述出射镜片为同质的玻璃镜片。
9.如权利要求5所述的分束镜，其特征在于，所述入射镜片通过光胶技术与所述出射镜片粘合。
10.如权利要求5所述的分束镜，其特征在于，所述第一高折射率材料Ti3O5膜层、所述第一低折射率材料Al2O3膜层、所述金属材料Ag膜层、所述第二低折射率材料Al2O3膜层和所述第二高折射率材料Ti3O5膜层采用电子束蒸发依次蒸镀于所述入射镜片上。
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