一种用于消偏振截止滤光片的构建方法与流程

本发明涉及光学薄膜领域，具体涉及一种用于消偏振截止滤光片的构建方法。

背景技术：

光学薄膜是一类重要的光学元件，在光的传输、调制、光谱和能量的分割与合成以及光与其他能态的转换过程中起着不可替代的作用。特别是当下热门的量子通信过程中，对于倾斜入射的线偏振光中所包含的不同偏振态，需要尽可能地消除因倾斜入射产生的偏振效应。我们知道当光线斜入射到光学薄膜时，根据电磁场的边界条件可知，在介质分界面处电场和磁场的切向分量连续，薄膜对偏振光ｐ分量和ｓ分量表现出不同的有效折射率，膜层不可避免地会产生偏振效应。如果要求两个相近波长，其中一个波长高反，另一个波长高透，同时要求在50%透过率处的偏振分离尽可能小。那么运用现有技术中常规的短波通g/(l/2hl/2)^p/a或长波通g/(h/2lh/2)^p/a,其中，g和a分别表示平板基底和空气，h和l分别代表高低折射率材料的四分之一光学厚度，p为周期数；在较大角度倾斜入射时，过渡带处ｐ分量和ｓ分量偏振分离非常严重，无法满足要求。

因此如何消除平板薄膜的偏振效应，成为了光学薄膜领域内的一项难题。国际上costich、mahlein和thelen都曾对此进行过深入细致的研究，提出了一些较好的设计理论。国内浙江大学顾培夫教授也设计了一款实用性较强的消偏振截止滤光片；其给出的典型初始结构是g/(hlhnhlhl)^p/a；其中，n为间隔层的级次，取大于8的自然数。还有成都国泰真空设备有限公司也发表了一个关于消偏振短波通滤光片的基础膜系结构的专利（详见专利号cn201910144298），实用性也很强。

而本发明提出另一种基础膜系结构为：g/(hlhnlhlhl)^m/a，其特征在于：间隔层级次低，无需多个膜堆匹配，适用范围广、品质高、调节方便，实用性更强的方法。即在任意入射角度下，只需灵活选取n值，就能有效地消除过渡带ｐ分量和ｓ分量在50％透过率处的偏振光谱分离量，同时保持长短波通要求的平板滤光片。

技术实现要素：

为实现在任意角度入射时，保持长短波通相近波长的高反和高透，同时有效地消除过渡带ｐ分量和ｓ分量在50％透过率处的偏振光谱分离量的平板滤光片。本发明提供了一种用于消偏振截止滤光片的构建方法，其包括：运用薄膜的基本周期结构为：(hlhnlhlhl)^m；其中，h为四分之一波长光学厚度的高折射率膜层，l为四分之一波长光学厚度的低折射率膜层,n为周期结构中左起第二个四分之一波长低折射率膜层的系数，m为周期结构的整数倍。

进一步地，根据不同入射角度，只需调节n值，即可达到消偏振效果和长短波通滤光片的要求。

进一步地，根据反射率要求，只需调节m值，即可达到所需反射率要求效果。

进一步地，根据具体波通滤光片中波长高反和高透的要求，只需运用膜系设计软件tfcalc，输入目标值，进行优化，即可达到所需反射率和透过率的要求。

本发明的优点在于：

可在任意入射角度下，通过调节n值，即可实现长短波通要求，同时能够有效消除过渡带p偏振和s偏振在50％透过率处的偏振光谱分离量；然后只需通过软件设定目标值，进行简单优化，就能实现长短波通中相近波长的高反和高透要求，而且不含极薄或极厚膜层；同时可适用于当前光学薄膜行业的所有介质薄膜材料和光学玻璃基底材料。而且能够简单高效地镀制出品质高、良率好的滤光片产品。

附图说明

图1为本发明所提供一种用于消偏振截止滤光片的构建方法的结构示意图；

图2为初始结构g/(hlh2.7lhlhl)^7/a的光谱曲线；

图3为初始结构g/(hlh2.7lhlhl)^7/a优化后的光谱曲线；

图4为初始结构g/(hlh1.58lhlhl)^7/a的光谱曲线；

图5为初始结构g/(hlh1.58lhlhl)^7/a优化后的光谱曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一种实施例，而不是全部的实施例。凡是依据本发明原理所得到的任何改进和替换，在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均应在本发明的保护范围之内。下面结合说明书附图和具体实施例对本发明内容进行详细说明：

本发明以成都国泰真空设备有限公司发表的专利：cn201910144298所述的量子通信中，要求光在45°入射情况下，分离810nm和850nm两个波长，使得810nm的透过率大于98％，850nm的反射率大于99％，和850nm的透过率大于98％，810nm的反射率大于99％，同时要求过渡带的ｐ分量和ｓ分量在50％透过率处的偏振光谱分离量小于1nm为目标。运用本发明的基础膜系结构进行实施说明。

实施例1

根据上述要求，先以短波通为例；取光在45°入射情况下，分离810nm和850nm两个波长，使得810nm的透过率大于98％，850nm的反射率大于99％，同时要求过渡带的ｐ分量和ｓ分量在50％透过率处的偏振光谱分离量小于1nm为目标。选用基础周期结构为：(hlhnlhlhl)^m，其中h为四分之一波长光学厚度的高折射率膜层，l为四分之一波长光学厚度的低折射率膜层,n为周期结构中左起第二个四分之一波长低折射率膜层的系数，m为周期结构的整数倍。取n=2.7，m=7，参考波长取773nm，得到如图2所示的光谱曲线；其中850nm反射率和过渡带的ｐ分量和ｓ分量在50％透过率处的偏振光谱分离量小于1nm的目标已然满足，只有810nm的透过率不够高。

因此，需进一步优化，在设计软件中输入所要优化的条件，膜层选用变尺度方法进行优化，即可得到如图3所示的光谱曲线。

上述所选的四分之一波长光学厚度的低折射率膜层l为sio2，折射率设为1.45；四分之一波长光学厚度的高折射率膜层h为ta2o5，折射率为2.17，平板基底g为bk7，入射介质a为空气，此处不考虑薄膜和基底的吸收。

实施例2

根据上述要求，再以长波通为例；取光在45°入射情况下，分离810nm和850nm两个波长，使得850nm的透过率大于98％，810nm的反射率大于99％，同时要求过渡带的ｐ分量和ｓ分量在50％透过率处的偏振光谱分离量小于1nm为目标。选用基础周期结构为：(hlhnlhlhl)^m，其中h为四分之一波长光学厚度的高折射率膜层，l为四分之一波长光学厚度的低折射率膜层,n为周期结构中左起第二个四分之一波长低折射率膜层的系数，m为周期结构的整数倍。取n=1.58，m=7，参考波长取1035nm，得到如图4所示的光谱曲线；其中810nm反射率和过渡带的ｐ分量和ｓ分量在50％透过率处的偏振光谱分离量小于1nm的目标已然满足，只有850nm的透过率不够高。

因此，需进一步优化，在设计软件中输入所要优化的条件，膜层选用变尺度方法进行优化，即可得到如图5所示的光谱曲线；

上述所选的四分之一波长光学厚度的低折射率膜层l为sio2，折射率设为1.45；四分之一波长光学厚度的高折射率膜层h为ta2o5，折射率为2.17，平板基底g为bk7，入射介质a为空气，此处不考虑薄膜和基底的吸收。

上述具体实施例只是对45°入射角情况下，在bk7材料上使用ta2o5和sio2两种膜料，作为技术方案进行详细解释。本发明不仅仅局限于上述实施例，而是符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围，均应在本发明的保护范围之内。