一种消偏分光棱镜及其制备方法与流程

本发明涉及光学镀膜技术领域，具体涉及一种消偏分光棱镜及其制备方法。

背景技术：

消偏分光棱镜是指一个立方体棱镜，它在指定的使用波段范围内，对不同偏振态的入射光具有接近相同的分光特性，即对入射光的偏振态不敏感的分光棱镜。这种元件在干涉仪、医疗仪器和经纬仪等领域有广泛的应用。

如图1和图2所示，消偏分光棱镜由两个半立方体组成，其中，在一个半立方体1a的斜面镀有消偏分光膜9a，然后，用与玻璃基底折射率接近相等的透明胶水将两个半立方体1a胶合在一起，用紫外线进行固化后，得到一个完整的消偏分光棱镜。

在图1和图2的基础上，当涉及到宽波段消偏时，需要用金属银或硅等具有吸收特性的材料作为消偏材料，消偏分光膜用到的材料有zns、al2o3、ag、si、tio2、sio2等材料。对消偏要求较高时，即要求不同偏振态的分光特性差异要求很小的时候，就得选择金属银作为膜料，并相应选择zns、al2o3作为介质匹配膜料。进一步地，在用电子束蒸发进行真空镀膜时，由于有金属银参与镀膜，银在高温下很容易氧化。为防止银的氧化，半立方体棱镜在镀膜时要处于常温状态，不能加温，一般在25℃左右，这种温度下的镀膜工艺也称为冷镀。因此，介质膜zns和al2o3只能是在常温下镀制。

然而，这种冷镀工艺镀制出来的膜层附着力和硬度不好，表面在擦拭清洁过程中容易划伤，这就导致镀完消偏分光膜后需马上进行胶合处理。若放置在大气环境中时间久了，吸附了空气中的水汽之后，膜层有可能变得更不牢固，金属银层也会被氧化。这些因素都会使分光棱镜的分光特性变差，甚至完全失去应有的性能。

在现有工艺中，如图3和图4所示，消偏分光膜的膜系包括“玻璃/zns/ag/zns/玻璃”或者“玻璃/zns/ag/zns/al2o3/玻璃”。就以“玻璃/zns/ag/zns/al2o3/玻璃”为例，在冷镀时，zns膜层2a与基底玻璃1a的结合力、al2o3膜层3a与zns膜层2a之间的结合力以及al2o3膜层3a的致密度和硬度都不是很好，因而需要消偏分光膜快速封合，而胶合这一道工序是由人工完成，一天的作业量有限，如果一次生产出大量的消偏分光膜，而又不能及时胶合，消偏分光膜将有可能报废，这就大幅增加了现实的制造成本。如果能让消偏分光膜长期在空气中存放，就可以批量生产消偏分光膜，从而使生产成本大大降低。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种消偏分光棱镜及其制备方法，以解决现有分光棱镜由于其膜层附着力和硬度差而导致分光膜不能长时间的放置问题。

为实现以上目的，通过以下技术方案实现：

本发明首先提供一种消偏分光棱镜，包括至少两块棱镜基底，两块所述棱镜基底之间镀有消偏分光膜，所述消偏分光膜包括具有吸收特性的金属层以及镀于所述金属层表面的介质层，所述介质层与所述棱镜基底之间镀有粘结加强层。

优选地，所述粘结加强层包括打底层以及过渡层，所述过渡层镀于所述介质层的表面，所述打底层镀于所述过渡层的表面以供与所述棱镜基底粘合。

优选地，所述打底层为sio2膜层，所述过渡层为al2o3膜层。

优选地，所述有粘结加强层的表面还镀有防水保护层。

优选地，所述防水保护层为sio2膜层。

优选地，每块所述棱镜基底为三角棱镜或直角棱镜，所述消偏分光膜镀于两块所述棱镜基底的任意两个接触面之间。

为更好地实现上述目的，本发明还提供一种消偏分光棱镜制备方法，包括以下步骤：

提供至少两块棱镜基底，其中，两块所述棱镜基底的任意两个接触面之间镀有包括金属层以及介质层的消偏分光膜；

于所述棱镜基底与所述介质层之间镀制粘结加强层。

优选地，镀制所述粘结加强层包括以下步骤：

提供打底层以及过渡层，将所述过渡层镀制于所述介质层的表面，将所述打底层镀制于所述过渡层的表面与所述棱镜基底粘合。

优选地，还包括以下步骤：

于所述有粘结加强层的表面镀制防水保护层。

优选地，还包括以下步骤：

通过离子辅助镀膜技术，在镀制所述打底层以及所述防水保护层时，采用end-hall离子源进行离子束辅助镀膜。

本发明提供的有益效果包括：

1)通过在现有的金属层和介质层外加设打底层和过渡层，从而显著提高膜层之间的结合力/附着力；

2)通过在最外层加设保护层从而有效防止水汽进入膜层；

3)通过引入离子辅助镀膜技术，进一步提高膜层与玻璃基底之间的结合力和致密度。

附图说明

图1为现有消偏分光棱镜其切开状态下的立体结构示意图；

图2为对应于图1的胶合后的状态示意图；

图3为对应于图2其“玻璃/zns/ag/zns/玻璃”膜系的横截面结构示意图；

图4为对应于图2其“玻璃/zns/ag/zns/al2o3/玻璃”膜系的横截面结构示意图；

图5为本发明消偏分光棱镜胶合前的横截面结构示意图；

图6为对应于图5其胶合后的状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述：

如图5和图6所示，本发明首先公开一种消偏分光棱镜，包括至少两块棱镜基底1，两块所述棱镜基底1之间镀有消偏分光膜，所述消偏分光膜包括具有吸收特性的金属层2以及镀于所述金属层2外表面的介质层3，其中，所述介质层3与所述棱镜基底1之间镀有粘结加强层。

具体地，所述粘结加强层包括打底层4以及过渡层5，所述过渡层5镀于所述介质层3的外表面，所述打底层4镀于所述过渡层5的外表面以供与所述棱镜基底1粘合。所述有粘结加强层的外表面还镀有防水保护层6。

较为优选地，所述打底层4为sio2膜层，所述过渡层5为al2o3膜层。所述防水保护层6为sio2膜层。金属层2为ag膜层，介质层3为zns膜层。每块所述棱镜基底1为三角棱镜或直角棱镜，所述消偏分光膜镀于两块所述棱镜基底1的任意两个需粘合的接触面之间。

在具有上述结构特征后，本发明还公开一种消偏分光棱镜制备工艺，本发明上述消偏分光棱镜亦可通过该制备工艺制造，结合图5和图6所示，该消偏分光棱镜制备工艺具体包括以下步骤：

a.如图5所示，提供至少两块棱镜基底1，其中，两块所述棱镜基底1任意两个接触面之间镀有包括金属层2(ag膜)以及介质层3(zns膜)的消偏分光膜，这两层是现有技术中消偏分光膜所镀有的层；

b.为提高膜层与玻璃基底1的结合力，引入sio2膜料作为打底层4，其具体做法是，在玻璃基底1上镀制20～80nm厚的sio2膜层从而形成所述打底层4，并将其镀于左半片的玻璃基底1；

c.由于sio2膜料4与zns膜层3之间的结合力不好，在sio2膜层4与zns膜层3之间再镀制过渡层5，优选用al2o3膜层作为所述过渡层5；至此，由步骤b和c，在消偏分光膜的外表面形成粘结加强层；

d.在膜系的最外层表面加镀40～200nm厚度的sio2膜层来防止水汽进入到膜层，从而形成保护层6；

e.在执行步骤b至d时，优选引入离子辅助镀膜技术，在镀制打底层4(sio2膜)以及保护层6时采用end-hall离子源进行离子束辅助镀膜，以进一步提高膜层与玻璃基底1之间的结合力和致密度；

f.如图6所示，将右半片玻璃基底1通过胶合层7粘结于最外层表面的sio2防水保护层6。

待胶合凝固，完成所有制备工序，形成立方体的消偏分光棱镜。

在完成上述实施过程后，应能体现出本发明以下优点：

采用本发明的镀膜工艺之后，消偏分光膜可以在空气中放置任意时间，而且膜层表面很硬，耐得住擦拭纸的擦拭，不会引起表面的划伤。这对提高消偏分光棱镜的生产效率有极大的提升。经实际验证，原来一周只能生产200个25.4x25.4x25.4大小的消偏分光立方体，目前可以生产500个，甚至更多，生产计划已经不受胶合时间的制约，生产出来的消偏分光膜可以按部就班地进行胶合。足见，本发明的技术方案提高了工艺制备质量，降低了生产成本。

本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明的保护范围内。