一种DUV宽光谱无胶起偏器的制作方法

本发明涉及起偏器设计领域，特别是一种duv宽光谱无胶起偏器。

背景技术：

随着现代光学技术的发展，各种各样的偏光器件应用越来越多，常见的偏光器件有格兰-汤姆逊，格兰-泰勒,格兰-激光，玻璃型及塑料基的偏光器件，玻璃型及塑料器件消光比差，对高功率激光及紫外光的抵抗能力差，而格兰棱镜通常采用的晶体材料有yvo4或天然冰洲石组成，虽然可以工作在很宽的波长范围内如400nm-2000nm之间，但由于材料特性，在紫外波段小于350nm以下透光性能差，限制其不能应用于紫外波段，虽然也有基于bbo材料的格兰棱镜，但通常只能达到紫外很小一段波长范围内，未见可以使用在220nm-1000nm范围的格兰棱镜。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提出一种duv宽光谱无胶起偏器，可工作于波长220nm-1000nm之间，偏振光消光比大于30db。

本发明采用以下方案实现：一种duv宽光谱无胶起偏器，包括第一bbo晶体、第二bbo晶体、以及设置在两个bbo晶体贴合处的中间折射率层；所述bbo晶体按一定角度切割，并且bbo晶体的光轴平行于入射光表面，两片bbo的光轴相互平行；所述中间折射率层分别与两个bbo晶体光胶合。

较佳的，本发明两个bbo晶体之间无有机物胶，保证深紫外具有良好的透光性能。

进一步地，所述中间折射率层采用sio2材料、mgf2材料或熔石英玻璃材料，其透光波段为215nm-2000nm。

进一步地，所述中间折射率层为sio2膜层或mgf2膜层。

进一步地，所述中间折射率层采用深紫外透过性能好的熔石英玻璃层，透光波段从215nm-2000nm；所述熔石英玻璃层的厚度为1-10000um。

进一步地，所述duv宽光谱无胶起偏器的入射界面o光全反射，e光透射，光线入射角度为62.48度-64.37度，即棱镜切割角度为27.52度-25.63度，其中透光波段为220nm-1000nm，透过率大于50％，在波长220nm-970nm之间消光比为1000:1。

进一步地，所述bbo晶体采用α-bbo材料或β-bbo材料，其透光波段为215nm-2000nm。

进一步地，所述中间折射率层与两个bbo晶体光胶合后采用紫外固化胶或热固化胶密封，使得光胶界面与空气隔离，同时此辅助胶增强两片之间的结合强度。

进一步地，所述第一bbo晶体与第二bbo晶体与空气接触的面，镀有单层的sio2膜、mgf2膜或二者组成的复合多层膜，实现从215nm-1000nm的宽带增透膜。

特别的，本发明在真空条件或空气条件下放气量小，不对光学表面造成污染。

较佳的，本发明使用bbo、紫外熔石英玻璃或mgf2晶体，制作220nm-970nm光学偏振起偏器。起偏器类型为格兰-汤姆逊，bbo为光学双折射晶体，与传统caco3,yvo4相比在duv段具有透光性，同时具有较大的o光e光折射率差。将bbo设计为三角形棱镜，取切割角恰好使bbo与熔石英或其它的光学材料界面o光全反射，e光透射，同时用第二块同样bbo棱镜补偿由于棱镜折射引起的e光光线偏折。两块棱镜之间使用无胶胶合技术，光胶一片紫外级的熔石英玻璃，全光路无有机组成胶，使得光谱透过可以在220nm-970nm全光谱使用。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明起偏器的工作波长在220nm-970nm之间，偏振光消光比大于30db。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图1。

图2为本发明实施例的结构示意图2。

图3为本发明实施例bbo与熔石英玻璃折射率示意图。

图4为本发明实施例bbo材料相对于融石英玻璃的o光和e光全反射角示意图。

图5为本发明实施例bbo表面mgf2单层增透膜反射率示意图。

图6为本发明实施例duv宽光谱无胶起偏器o光透过率示意图。

图7为本发明实施例duv宽光谱无胶起偏器e光透过率示意图。

图8为本发明实施例duv宽光谱无胶起偏器消光比示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本实施例提供了一种duv宽光谱无胶起偏器，包括第一bbo晶体、第二bbo晶体、以及设置在两个bbo晶体贴合处的中间折射率层；所述bbo晶体按一定角度切割，并且bbo晶体的光轴平行于入射光表面，两片bbo的光轴相互平行；所述中间折射率层分别与两个bbo晶体光胶合。

较佳的，本发明两个bbo晶体之间无有机物胶，保证深紫外具有良好的透光性能。

在本实施例中，所述中间折射率层采用sio2材料、mgf2材料或熔石英玻璃材料，其透光波段为215nm-2000nm。

在本实施例中，所述中间折射率层为sio2膜层或mgf2膜层。

在本实施例中，所述中间折射率层采用深紫外透过性能好的熔石英玻璃层，透光波段从215nm-2000nm；所述熔石英玻璃层的厚度为1-10000um。

在本实施例中，所述duv宽光谱无胶起偏器的入射界面o光全反射，e光透射，光线入射角度为62.48度-64.37度，即棱镜切割角度为27.52度-25.63度，其中透光波段为220nm-1000nm，透过率大于50％，消光比>1000:1,工作波长220nm-970nm。

在本实施例中，所述bbo晶体采用α-bbo材料或β-bbo材料，其透光波段为215nm-2000nm。

在本实施例中，所述中间折射率层与两个bbo晶体光胶合后采用紫外固化胶或热固化胶密封，使得光胶界面与空气隔离，同时此辅助胶增强两片之间的结合强度。

在本实施例中，所述第一bbo晶体与第二bbo晶体与空气接触的面，镀有单层的sio2膜、mgf2膜或二者组成的复合多层膜，实现从215nm-1000nm的宽带增透膜。

特别的，本实施例在真空条件或空气条件下放气量小，不对光学表面造成污染。

较佳的，本发明使用bbo、紫外熔石英玻璃或mgf2晶体，制作220nm-970nm光学偏振起偏器。起偏器类型为格兰-汤姆逊，bbo为光学双折射晶体，与传统caco3,yvo4相比在duv段具有透光性，同时具有较大的o光e光折射率差。将bbo设计为三角形棱镜，取切割角恰好使bbo与熔石英或其它的光学材料界面o光全反射，e光透射，同时用第二块同样bbo棱镜补偿由于棱镜折射引起的e光光线偏折。两块棱镜之间使用无胶胶合技术，光胶一片紫外级的熔石英玻璃，全光路无有机组成胶，使得光谱透过可以在220nm-970nm全光谱使用。

特别的，在本实施例中，第一片bbo晶体光轴与第二片bbo晶体之间光轴相互平行如图1所示，两片bbo之间的光轴相互平行，可采用光轴与入射面平行，在入射斜面上法向方向与光线传输方向组成的平面内，如图1所示；或采用光轴与入射斜面上与法向方向与光线传输方向组成的片面垂直，如图2所示。二者之间为紫外透过良好的熔石英玻璃；bbo与熔石英玻璃之间采用光胶结合。

在图1所示的架构中，非偏振光进入晶体，在界面上o光(偏振态垂直于入射光与光轴组成的平面)所反射，从侧面出射出晶体；e光透过界面，进入另外一块晶体，光线方向补偿至原来的平行方向，偏振态与光轴方向平行。

同理在2所示的架构中，偏振态与光轴方向平行出射，垂直于入射平面。

在本实施例中，bbo具有优良的紫外透过范围，到200nm处仍具有优良的透光性能；而紫外级熔石英采用合成熔石英具有优良的透光性能，可以达到150nm左右仍具有优良的透光性能。同时α-bbo作为双折射晶体，o光、e光与熔石英玻璃折射率如图3所示。bbo的e光折射率随波长从200-2000nm的增加其值在1.7-1.54之间，o光折射率在1.9-1.64之间变化，熔石英玻璃在1.49-1.46之间。在每一波段存在n熔石英<ne<no。

在本实施例中，如图4所示，对于bbo晶体的o光和e光在不同波长下的全反射角之间存在一个固定的差值，o光的反射角从200nm-2000nm变化时，从52°增加到63.5°；e光的全反射角从200nm-2000nm增加时，从61°增加到74.1°。适当选取切割角和波长范围，可使o光全反射的前提下，e光没有被全反射，同时入射角度接近布儒斯特角，可以保持一个较高的透过率；从而实现起偏功能并得到高的起偏光消光系数。选取波段为220nm-970nm之间，切割角度如图1中θ所示在于27.52-25.63°之间，从而实现220nm-970nm好的起偏效果。

在本实施例中，如图5所示，由于bbo的e光折射率在1.46-1.5之间，o光1.9-1.64表面反射会造成较大的光反射损失。在晶体入射面和光射面镀制单层增透膜，将中心波长优化在透光率相对比较低的230nm出，降低损失，入射波长在230nm时，表面反射率达到<1.5％的水平。

在本实施例中，如图6所示，在有出射及入射面增透膜的前提下，由于切割角度在使o光入射晶体与空气斜面被全反射的前提下，e光接近布儒斯特角，使e光保持较高的透光率，如图所示从240nm-980nm，e光透光率可以接近90％，230nm-240nm之间e光透光率大于80％，220nm-230nm之间e光透过率大于50％。

在本实施例中，如图7所示，得到模拟的o光透射率，在220nm-980nm之间透射率小于0.04％，970nm-1000nm之间透射率小于1％。在实际制作的器件中，从220nm-970nm之间，o光透光率<0.1％。

在本实施例中，如图8所示，在220nm-970nm之间，消光比>1000:1，具备优良的起偏性能。在220nm-940nm之间，消光比理论值在于50db之上，实际可达到>40db。

特别的，本实施例首先将α-bbo晶体切割成棱镜，如图1与图2所示；再进行晶体定向，将晶体的c轴方向严格平行于入射面，同时垂直于上切割面如图1所示，或垂直于侧切割面如图2所示。采用细磨方向修整到接近成晶尺寸，然后再分别进行s1,s2,s3,s4面的光学磨砂、抛光，使表面达到<λ/10，λ＝633nm的表面精度，达到美军标10-5的表面光洁度水平。再对s1和s2的面进行单层mgf2或sio2增透膜，中心波长优化在230nm处。

其后切割斜面大小尺寸的熔石英玻璃，进行磨砂、抛光，表面面形达到<λ/10，λ＝633nm的表面精度，达到美军标10-5的表面光洁度水平，厚度可在1-10000μm之间，在本实施方式中取1mm厚度。

采用光胶合工艺将bbo棱镜斜面接触分别光胶在熔石英玻璃两侧，两棱镜光轴相互平行，对齐组装，可在接触面处加深紫外胶固化以增加气密性及结合牢固性；或在侧面采用平板胶合在棱镜侧面作为加强能以提高牢固度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。