專利名稱：雙折射薄膜反射式位相延遲片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及位相片，特別是一種雙折射薄膜反射式位相延遲片。
背景技術(shù)：
激光以其單色性好、相干長度長、能量密度高、方向性好等優(yōu)點(diǎn)，在激光加工、醫(yī)療等國民經(jīng)濟(jì)和前沿科學(xué)研究領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用需求；在空間通信、激光雷達(dá)等需求方面更有著重大應(yīng)用潛力。激光系統(tǒng)包含著大量光學(xué)元件,實(shí)現(xiàn)激光的產(chǎn)生、放大以及激光光束的折轉(zhuǎn)、偏振等功能。其中位相延遲片是一種在激光系統(tǒng)中大量使用的光學(xué)元件，是一種重要的偏振光調(diào)制器件，以此實(shí)現(xiàn)入射激光光束兩種偏振光位相差的調(diào)節(jié)。同時(shí)，與其它光學(xué)偏振器件組合成一個(gè)系統(tǒng)光路，可以實(shí)現(xiàn)各類偏振態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化或偏振面的旋轉(zhuǎn)。傳統(tǒng)的位相延遲片或者使用各類各向異性材料，如液晶(參見CN1078049A，CN102707362A),非環(huán)狀烯烴單體-環(huán)狀烯烴單體-芳香族乙烯基單體構(gòu)成的高分子聚合物(參見CN1385718A)，烯烴-環(huán)烯烴-芳香族乙烯基聚合物(參見CN1713045A)，亞波長光柵對(duì)(參見CN101762842A)，雙折射晶體材料(參見CN102383808A，CN102508328A)，鋯鈦酸鉛鑭電光陶瓷材料(參見CN102722041A)及色散元件-楔形雙折射波片-色散元件構(gòu)成位相延遲片(參見CN102508364A)，位相延遲光纖(參見CN2791666Y)等，但以上設(shè)計(jì)均為基于材料的本征各向異性，且只能作為透射類元件。或者使用各向同性薄膜在傾斜入射下的偏振分離效應(yīng)設(shè)計(jì)位相延遲器件，如CN201166717Y，借助與兩個(gè)薄膜型位相延遲薄膜，兩個(gè)光學(xué)調(diào)整架以及一個(gè)精密調(diào)整平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)可調(diào)的位相延遲功能，雖然此類設(shè)計(jì)是反射型位相延遲器件，但需要多個(gè)部件組合在一起才能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的位相延遲功能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。因此，發(fā)明一種簡易可行，易于實(shí)現(xiàn)的反射式位相延遲片具有強(qiáng)烈的應(yīng)用需求，而且提供一種新的反射式位相延遲片的設(shè)計(jì)方法也是很有必要的。據(jù)我們所知，到目前為止還沒有人針對(duì)用各向異性雙折射薄膜材料來設(shè)計(jì)反射式位相延遲器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種雙折射薄膜反射式位相延遲片，該位相延遲片在光波正入射條件下TE和TM兩種偏振態(tài)光波偏振分尚，且兩種偏振態(tài)光波在工作波長范圍內(nèi)均具有很高的反射率及特定的反射位相差，同時(shí)，該位相延遲片反射位相差的通過調(diào)節(jié)Ta2O5雙軸雙折射薄膜層的厚度來實(shí)現(xiàn)，因而具有很高的設(shè)計(jì)靈活性。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:一種雙折射薄膜反射式位相延遲片，其特點(diǎn)在于是由基底上依次鍍制的高反射膜和Ta2O5雙軸雙折射薄膜層一體構(gòu)成，所述的高反射膜的結(jié)構(gòu)為(HL)xH,其中H為高折射率層，L為低折射率膜層，X為高折射率層和低折射率膜層重復(fù)的次數(shù)，所述的高反射膜的最外層為高折射率層，每一膜層的光學(xué)厚度為四分之一使用波長λ，所述的Ta2O5雙軸雙折射薄膜層的光學(xué)厚度決定該雙折射薄膜反射式位相延遲片的反射位相延遲量。所述的Ta2O5雙軸雙折射薄膜層采用傾斜沉積技術(shù)制備，Ta2O5材料利用電子束蒸發(fā)方式加熱后沉積在所述的高反射膜上，所述的基片的法線相對(duì)于蒸發(fā)源的傾斜角度為60°，在鍍制Ta2O5雙軸雙折射薄膜層時(shí)，氧氣純度大于99.999%，充入量為20sCCm，Ta2O5沉積速率為0.4nm/s。所述的基底為玻璃。所述的Ta2O5雙軸雙折射薄膜層的光學(xué)厚度由需要的反射位相延遲量來調(diào)節(jié)，增加雙折射薄膜層的光學(xué)厚度，相位延遲量增加，反之，相位延遲量減少。本發(fā)明的依據(jù)如下:

圖1為本發(fā)明雙折射薄膜反射式位相延遲片的截面結(jié)構(gòu)示意圖。各向異性納米尺度的微結(jié)構(gòu)能夠?qū)θ肷涔獠óa(chǎn)生明顯的各向異性調(diào)制，出現(xiàn)類似于晶體中的雙折射特性。當(dāng)雙折射薄膜的兩個(gè)折射率主軸方向位于薄膜的入射面內(nèi)時(shí)，即薄膜的主截面與主平面重合，入射光波在雙折射薄膜內(nèi)傳輸時(shí)兩種偏振態(tài)光波不發(fā)生I禹合，在薄膜內(nèi)部獨(dú)立傳輸:入射的S分量光波的傳輸行為與各向同性介質(zhì)中尋常光波(O光)的傳輸相同,只由薄膜的主軸折射率n3及薄膜厚度d決定，出射光波完全為s偏振態(tài)，正入射時(shí)s偏振入射光波折射率為:ns = n3，其特征矩陣可以表示為
權(quán)利要求
1.一種雙折射薄膜反射式位相延遲片，其特征在于是由基底上依次鍍制的高反射膜(4)和Ta2O5雙軸雙折射薄膜層(3) —體構(gòu)成，所述的高反射膜(4)的結(jié)構(gòu)為(HL)xH,其中H為高折射率層(I )，L為低折射率膜層(2)，X為高折射率層(I)和低折射率膜層(2)重復(fù)的次數(shù)，所述的高反射膜(4)的最外層為高折射率層(1)，每一膜層的光學(xué)厚度為四分之一使用波長λ，所述的Ta2O5雙軸雙折射薄膜層(3)的光學(xué)厚度決定該雙折射薄膜反射式位相延遲片的反射位相延遲量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙折射薄膜反射式位相延遲片，其特征在于所述的Ta2O5雙軸雙折射薄膜層(3)采用傾斜沉積技術(shù)制備，Ta2O5材料利用電子束蒸發(fā)方式加熱后沉積在所述的高反射膜(4)上，所述的基片的法線相對(duì)于蒸發(fā)源的傾斜角度為60°，在鍍制Ta2O5雙軸雙折射薄膜層(3)時(shí)，氧氣純度大于99.999%，充入量為20SCCm，Ta2O5沉積速率為0.4nm/So
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙折射薄膜反射式位相延遲片，其特征在于所述的基底為玻璃。
全文摘要
一種雙折射薄膜反射式位相延遲片，其特點(diǎn)在于是由基底、高低折射率材料周期性交替組成的高反射膜層以及各向異性位相延遲層一體構(gòu)成，高反射膜的最外層為高折射率層，Ta2O5雙折射薄膜層為反射位相延遲層。本發(fā)明位相延遲片在光波正入射條件下TE和TM兩種偏振態(tài)光波偏振分離，且兩種偏振態(tài)光波在工作波長范圍內(nèi)均具有很高的反射率及特定的反射位相差，同時(shí)，該位相延遲片反射位相差的通過調(diào)節(jié)Ta2O5雙軸雙折射薄膜層的厚度來實(shí)現(xiàn)，因而具有很高的設(shè)計(jì)靈活性。
文檔編號(hào)G02B5/30GK103207427SQ20131011617
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月3日
發(fā)明者齊紅基, 侯永強(qiáng), 朱美萍, 易葵 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所