CN211263842U - 一种2050nm激光偏振膜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种2050nm激光偏振膜，该激光偏振膜的膜系结构为：Sub|(HL)^s H|Air，其中，基底材料Sub为CaF2，H代表高折射率膜层材料为Ta2O5，L代表低折射率膜层材料为SiO2，s为周期数。本实用新型主要针对2050nm的激光波长，提供一种在布儒斯特角度(55°)范围内工作的激光偏振膜，达到一定范围内的光透过偏振能量高度分离，可广泛应用于2050nm工作波长各类激光器，探测装置、生化分析、光谱分析、机器视觉以及其它光学系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种偏振膜，尤其涉及一种2050nm激光偏振膜。
背景技术
薄膜方面，光学膜作为激光研究的关键支撑技术，在新型激光系统中，各个主要光学器件,无论是腔镜还是激光晶体，都需要高性能薄膜对特定的光谱特性以及抗损伤能力进行优化与保障，这对于激光器件的整体性能和激光技术的持续发展至关重要。
常规技术方面，为使偏振膜的光谱性能得到不断优化，技术人员提出了多种方法，例如：长波通滤光片和短波通滤光片的结合展宽了偏振带宽；使用两种以上的镀膜材料可以抑制P分量的反射；长波通滤光片可有效减少P分量光波纹；自动平衡法、自动优化对称膜系法和法布里-珀珞滤光片明显提高了偏振膜消光比，并以此为基础成功制备了较大入射角波长范围的高消光比偏振片。但是，目前只主要针对532nm和1064nm的激光波长开展设计应用。
另外值得注意的是，通常的激光偏振薄膜是针对特定单一角度入射光的情况，并且相关的偏振膜相对于其它种类的薄膜存在可变角度设计、材料选择、损伤机理分析、均匀性和抗激光能力提升等多个技术难点，这已经制约了激光系统性能的有效提升。
随着激光类仪器小型化、紧凑性的发展，激光技术要求偏振薄膜具有多种的集成光学性能，因此就需要针对工作波长与特定工作波段宽度，角度，设计复杂的专用膜系结构。近红外2050nm激光偏振膜的研究，集中体现了薄膜技术的难点，因此，急需对其进行解决。
实用新型内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本实用新型提供了一种2050nm激光偏振膜。
为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种2050nm激光偏振膜，该激光偏振膜的膜系结构为：Sub|(HL)^s H|Air，
其中，基底材料Sub为CaF2，H代表高折射率膜层材料为Ta2O5，L代表低折射率膜层材料为SiO2，s为周期数。
进一步地，s取值为17。
进一步地，CaF2在2.05μm处折射率为1.4235，膜层的入射角为54.91°。
进一步地，激光偏振膜用于2050nm的反射，其膜系结构为：Sub|1.836H 0.679L0.926H 3.009L 1.022H 1.023L 1.023H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H1.000L 1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H 1.000L1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.079H 1.018L 0.999H 3.000L 1.460H 0.809L 0.610H|Air。
进一步地，激光偏振膜中，与基底相邻的膜层为第1层，最外层为第35层，第1～35层的几何厚度值为；第1层450.26nm，第2层243.31nm，第3层227.09nm，第4层1078.24nm，第5层250.63nm，第6层366.58nm，第7层250.88nm，第8层358.34nm，第9层245.24nm，第10层358.34nm，第11层245.24nm，第12层358.34nm，第13层245.24nm，第14层358.34nm，第15层245.24nm，第16层358.34nm，第17层245.24nm，第18层358.34nm，第19层245.24nm，第20层358.34nm，第21层245.24nm，第22层358.34nm，第23层245.24nm，第24层358.34nm，第25层245.24nm，第26层358.34nm，第27层245.24nm，第28层358.34nm，第29层264.61nm，第30层364.79nm，第31层244.99nm，第32层1075.01nm，第33层358.05nm，第34层289.90nm，第35层149.60nm。
选择SiO2作为激光偏振膜制备中的低折射率材料。SiO2是低折射率氧化物中唯一的不易分解的材料，在2.05μm处折射率为1.43719。SiO2的熔点为1650(±50)℃，沸点为2230℃，真空蒸发温度为1025℃，常用钽舟或氧化铝坩埚加热蒸发。SiO2的工作窗口很宽，从200nm-4000nm均为透射区，可一直延伸到紫外。SiO2在高温蒸发时会生成低价氧化物SiO和Si2O3,低价氧化物比SiO2本身更易蒸发，造成薄膜中掺入复杂成分，使用红外透射谱可以确定膜层掺杂成分。SiO2膜层为网状玻璃态，拥有精细的薄膜结构，散射吸收小。SiO2的薄膜填充密度随基底温度上升会有所增加。SiO2的优点表现为它的吸收损耗很低，并且激光损伤阈值高；膜层十分牢固，具有很高的机械强度；保护能力很强，抗磨耐腐蚀，因此应用极其广泛。
Ta2O5是钽元素最常见的氧化物，常温常压下为白色无色结晶粉末，熔点为1800℃，密度为8.7g/cm3，常使用电子束加热蒸发，所需氧分压为1.2-2.2×10-2Pa，基片温度约为250℃，沉积速率为0.3nm/s或0.5nm/s，透光范围为350-9000nm。电子束加热蒸发的薄膜Ta2O5在300℃前为非晶结构，300℃以上出现正交多晶、柱状结构，化学稳定性很高，损耗很低。通过离子束辅助沉积技术可以进一步降低Ta2O5薄膜的吸收，提高均匀性、致密性和薄膜折射率，从而提高薄膜性能。
CaF2熔点为1423℃，沸点为2500℃，折射率为1.4235，透射区覆盖紫外到红外(180nm-8.0μm)，不镀膜时有94％的透射率。氟化钙具有高透射率、低吸收系数和高激光损伤阈值，这是其较适合做激光偏振薄膜基底的原因。同时氟化钙色散低，荧光性低，硬度高，环境稳定性高，膜层附着性优良，防水、防化学腐蚀和耐热性能好。
本实用新型形成的薄膜产品针对2050nm激光工作波长，具备膜层均匀性好(制备基片直径φ60mm，可切割成品直径φ10mm，波长公差2050nm±5nm)、高消光比(大于800:1)、中心波长稳定性好(无漂移)、可变角度(55°±3°)、膜层损耗及应力小、牢固度高等优点，填补了现有技术中这一波长处的空缺。
本实用新型在入射角为布儒斯特角的条件下，在基底上实现2050nm激光入射时P分量的透射率大于98％，S分量的反射率不小于99％，并在保证P分量和S分量的透射、反射率满足设计要求的前提下，膜系结构尽量使工作带宽以2050nm为中心展宽。
本实用新型使用高折射率和低折射率两种薄膜材料交替的组合方式，交替淀积的高折射率材料与低折射率材料折射率差值越大，得到的偏振膜带宽就越宽，可允许更大范围的中心波长漂移，而且折射率值越大所需的膜层数也越少，使得制备工艺更加容易。
附图说明
图1为本实用新型在55度入射光条件下的透射率—波长曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1所示的一种2050nm激光偏振膜，该激光偏振膜的膜系结构为：Sub|(HL)^s H|Air，
其中，基底材料Sub为CaF2，H代表高折射率膜层材料为Ta2O5，L代表低折射率膜层材料为SiO2，s为周期数。s取值为17。
CaF2在2.05μm处折射率为1.4235，膜层的入射角为54.91°。
激光偏振膜用于2050nm的反射，其膜系结构为：Sub|1.836H 0.679L 0.926H3.009L 1.022H 1.023L 1.023H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H 1.000L1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H1.000L 1.000H 1.000L 1.079H 1.018L 0.999H 3.000L 1.460H 0.809L 0.610H|Air。
激光偏振膜中，与基底相邻的膜层为第1层，最外层为第35层，第1～35层的几何厚度值为；第1层450.26nm，第2层243.31nm，第3层227.09nm，第4层1078.24nm，第5层250.63nm，第6层366.58nm，第7层250.88nm，第8层358.34nm，第9层245.24nm，第10层358.34nm，第11层245.24nm，第12层358.34nm，第13层245.24nm，第14层358.34nm，第15层245.24nm，第16层358.34nm，第17层245.24nm，第18层358.34nm，第19层245.24nm，第20层358.34nm，第21层245.24nm，第22层358.34nm，第23层245.24nm，第24层358.34nm，第25层245.24nm，第26层358.34nm，第27层245.24nm，第28层358.34nm，第29层264.61nm，第30层364.79nm，第31层244.99nm，第32层1075.01nm，第33层358.05nm，第34层289.90nm，第35层149.60nm。
本实用新型主要针对2050nm的激光波长，提供一种在布儒斯特角度(55°)范围内工作的激光偏振膜，达到一定范围内的光透过偏振能量高度分离，可广泛应用于2050nm工作波长各类激光器，探测装置、生化分析、光谱分析、机器视觉以及其它光学系统。
下面结合实施例对本实用新型作进一步详细的说明。
实施例一：
一种2050nm激光偏振膜，该激光偏振膜的膜系结构为：CaF2|(HL)^17H|Air，
其中，H为Ta2O5，L为SiO2。
CaF2在2.05μm处折射率为1.4235，膜层的入射角为54.91°。
该激光偏振膜用于2050nm的反射，其膜系结构为：Sub|1.836H 0.679L 0.926H3.009L 1.022H 1.023L 1.023H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H 1.000L1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H1.000L 1.000H 1.000L 1.079H 1.018L 0.999H 3.000L 1.460H 0.809L 0.610H|Air。
该激光偏振膜中，与基底相邻的膜层为第1层，最外层为第35层，第1～35层的几何厚度值为；第1层450.26nm，第2层243.31nm，第3层227.09nm，第4层1078.24nm，第5层250.63nm，第6层366.58nm，第7层250.88nm，第8层358.34nm，第9层245.24nm，第10层358.34nm，第11层245.24nm，第12层358.34nm，第13层245.24nm，第14层358.34nm，第15层245.24nm，第16层358.34nm，第17层245.24nm，第18层358.34nm，第19层245.24nm，第20层358.34nm，第21层245.24nm，第22层358.34nm，第23层245.24nm，第24层358.34nm，第25层245.24nm，第26层358.34nm，第27层245.24nm，第28层358.34nm，第29层264.61nm，第30层364.79nm，第31层244.99nm，第32层1075.01nm，第33层358.05nm，第34层289.90nm，第35层149.60nm。
如图1所示，实施例一的具体技术指标如下:入射角：55°±3°；λ＝2050±5nm,Tp％>99％；Ts％<0.11％；带外抑制比大于OD4。
上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种2050nm激光偏振膜，其特征在于：所述该激光偏振膜的膜系结构为：Sub|(HL)^sH|Air，
其中，基底材料Sub为CaF2，H代表高折射率膜层材料为Ta2O5，L代表低折射率膜层材料为SiO2，s为周期数。
2.根据权利要求1所述的2050nm激光偏振膜，其特征在于：所述s取值为17。
3.根据权利要求2所述的2050nm激光偏振膜，其特征在于：所述CaF2在2.05μm处折射率为1.4235，膜层的入射角为54.91°。
4.根据权利要求3所述的2050nm激光偏振膜，其特征在于：所述激光偏振膜用于2050nm的反射，其膜系结构为：
Sub|1.836H 0.679L 0.926H 3.009L 1.022H 1.023L 1.023H 1.000L 1.000H 1.000L1.000H
1.000L 1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H1.000L
1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.000H 1.000L 1.079H 1.018L 0.999H 3.000L1.460H 0.809L
0.610H|Air。
5.根据权利要求4所述的2050nm激光偏振膜，其特征在于：所述激光偏振膜中，与基底相邻的膜层为第1层，最外层为第35层，第1～35层的几何厚度值为；第1层450.26nm，第2层243.31nm，第3层227.09nm，第4层1078.24nm，第5层250.63nm，第6层366.58nm，第7层250.88nm，第8层358.34nm，第9层245.24nm，第10层358.34nm，第11层245.24nm，第12层358.34nm，第13层245.24nm，第14层358.34nm，第15层245.24nm，第16层358.34nm，第17层245.24nm，第18层358.34nm，第19层245.24nm，第20层358.34nm，第21层245.24nm，第22层358.34nm，第23层245.24nm，第24层358.34nm，第25层245.24nm，第26层358.34nm，第27层245.24nm，第28层358.34nm，第29层264.61nm，第30层364.79nm，第31层244.99nm，第32层1075.01nm，第33层358.05nm，第34层289.90nm，第35层149.60nm。
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|---|---|---|---|---|
| CN112764149A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-05-07 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 一种深紫外平板偏振分光镜及其设计方法 |
| CN114859549A (zh) * | 2022-05-10 | 2022-08-05 | 中国计量大学 | 一种对小尺寸节瘤缺陷不敏感的蓝光高反膜及设计方法 |
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