雙折射消偏振薄膜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種雙折射消偏振薄膜，由于使用了傾斜沉積的各向異性高反射膜系，其利用了在不同沉積角度下薄膜的雙折射特性，通過(guò)對(duì)高低折射率膜層折射率的組合，在45°傾斜入射條件下實(shí)現(xiàn)了TE和TM兩種偏振態(tài)光波在中心工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)的消偏振，且該雙折射消偏振薄膜的光學(xué)性能可由沉積薄膜材料以及薄膜沉積過(guò)程中傾斜角度的選擇來(lái)調(diào)控，因而具有很高的設(shè)計(jì)靈活性和系統(tǒng)集成度。
【專利說(shuō)明】雙折射消偏振薄膜

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，尤其涉及一種雙折射消偏振薄膜。

【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)系統(tǒng)中大量使用光學(xué)薄膜器件以實(shí)現(xiàn)光波的高反、增透或光束的偏轉(zhuǎn)、偏振 等功能。隨著光學(xué)薄膜技術(shù)的發(fā)展，薄膜光學(xué)已經(jīng)成為現(xiàn)代光學(xué)的一個(gè)重要分支，其應(yīng)用已 經(jīng)深入至航天遙感、空間通信等多個(gè)前沿科學(xué)領(lǐng)域。時(shí)至今日，光學(xué)薄膜已成為現(xiàn)代光學(xué)系 統(tǒng)中不可或缺的一部分，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家戰(zhàn)略需求方面有著重大的應(yīng)用潛力。消偏振薄 膜作為重要的光學(xué)薄膜之一，其優(yōu)異的消偏振光調(diào)制性能對(duì)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)有著至關(guān)重要的 影響。
[0003] 常規(guī)光學(xué)薄膜的設(shè)計(jì)與制備基本上都是針對(duì)各向同性介質(zhì)膜層，對(duì)于各向同性薄 膜，當(dāng)光波傾斜入射時(shí)，根據(jù)入射光與薄膜界面法線構(gòu)成的入射面，可將入射光波分解為垂 直偏振光及水平偏振光，即TE (s偏振光）和TM(P偏振光）兩種偏振態(tài)光波。由于電場(chǎng)和磁 場(chǎng)的切向連續(xù)，TE波和TM波具有不同的等效折射率，因而不可避免得會(huì)產(chǎn)生偏振分離。光 波的斜入射在現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)中很常見(jiàn)，利用傾斜入射下薄膜的這種偏振分離特性可以設(shè)計(jì) 出多種偏振分光薄膜。然而，在許多光學(xué)系統(tǒng)中，這種偏振分離又是不允許的，例如在空間 遙感領(lǐng)域就要求消除不同偏振態(tài)光波之間的分離以取得準(zhǔn)確的目標(biāo)輻射數(shù)據(jù)；在投影系統(tǒng) 中為了得到更好的演示效果，也需要消除偏振分離。在一些光學(xué)系統(tǒng)中偏振分離甚至?xí)?duì) 整個(gè)光束傳輸產(chǎn)生不利影響，因而必須要盡可能減少偏振分離。傳統(tǒng)的消偏振設(shè)計(jì)大多是 利用四分之一波長(zhǎng)的膜系膠合在玻璃棱鏡中以實(shí)現(xiàn)消偏振，雖然此方法可以實(shí)現(xiàn)消偏振， 但需要多個(gè)光學(xué)部件組合在一起，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。
[0004] 因此，如何得到一種簡(jiǎn)易可行且集成度高又易于實(shí)現(xiàn)傾斜入射條件下的消偏振薄 膜是十分有必要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種雙折射消偏振薄膜。
[0006] 本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種雙折射消偏振薄膜，應(yīng)用于45°傾斜的入射光環(huán)境中，其中，包括：
[0008] -基底和位于所述基底上的各向異性雙折射膜系；
[0009] 所述各向異性雙折射膜系包括交替疊置的高折射率膜層和低折射率膜層，且該各 向異性雙折射膜系的最外層為高折射率膜層；
[0010] 其中，每層所述高折射率膜層和所述低折射率膜層均為各向異性的膜層，且每層 所述高折射率膜層和所述低折射率膜層的光學(xué)厚度均為所述入射光的波長(zhǎng)的四分之一。
[0011] 所述的雙折射消偏振薄膜，其中，所述各向異性雙折射膜系由傾斜入射沉積工藝 進(jìn)行制備。
[0012] 所述的雙折射消偏振薄膜，其中，所述傾斜入射沉積工藝為傾斜入射的物理氣相 沉積工藝。
[0013] 所述的雙折射消偏振薄膜，其中，每層所述高折射率膜層均采用同一入射角度的 傾斜入射沉積工藝進(jìn)行制備；每層所述低折射率膜層均采用同一入射角度的傾斜入射沉積 工藝進(jìn)行制備。
[0014] 所述的的雙折射消偏振薄膜，其中，制備所述高折射率膜層所采用的入射角度與 制備所述低折射率膜層所采用的入射角度相同。
[0015] 所述的的雙折射消偏振薄膜，其中，制備所述高折射率膜層所采用的入射角度與 制備所述低折射率膜層所采用的入射角度相同。
[0016] 所述的的雙折射消偏振薄膜，其中，制備所述高折射率膜層所采用的入射角度為 60°，且制備所述低折射率膜層所采用的入射角度為70°。
[0017] 所述的的雙折射消偏振薄膜，其中，所述各向異性雙折射膜系的材質(zhì)為T(mén)a20 5。
[0018] 所述的的雙折射消偏振薄膜，其中，所述基底的材質(zhì)包括K9玻璃和/或石英玻璃。
[0019] 所述的雙折射消偏振薄膜，其中，所述高折射率薄膜的主軸與所述低折射率薄膜 的主軸垂直。
[0020] 上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：
[0021] 本發(fā)明的雙折射消偏振薄膜由于使用了傾斜沉積的各向異性高反射膜系，其利用 了在不同沉積角度下薄膜的雙折射特性，通過(guò)對(duì)高低折射率膜層折射率的組合，在45°傾 斜入射條件下實(shí)現(xiàn)了 TE和TM兩種偏振態(tài)光波在中心工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)的消偏振，且該雙折 射消偏振薄膜的光學(xué)性能可由沉積薄膜材料以及薄膜沉積過(guò)程中傾斜角度的選擇來(lái)調(diào)控， 因而具有很高的設(shè)計(jì)靈活性和系統(tǒng)集成度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022] 參考所附附圖，以更加充分的描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，所附附圖僅用于說(shuō)明和 闡述，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的限制。
[0023] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中制備雙折射消偏振薄膜的傾斜入射沉積裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中45°傾斜入射雙折射消偏振薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中雙折射消偏振薄膜TE波和TM波的透過(guò)率光譜圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 本發(fā)明提供了一種雙折射消偏振薄膜，可應(yīng)用于45°傾斜的入射光環(huán)境中，可應(yīng) 用于技術(shù)節(jié)點(diǎn)為9〇11111、65/5511111、45/4〇11111、32/2811111、大于等于13〇111]1以及小于等于22111]1的工 藝中；可應(yīng)用于非偏振薄膜技術(shù)平臺(tái)中。
[0027] 本發(fā)明的雙折射消偏振薄膜主要包括：一基底和位于該基底之上的各向異性雙折 射膜系；該各向異性雙折射膜系包括交替疊置的高折射率膜層和低折射率膜層，且該各向 異性雙折射膜系的最外層為高折射率膜層；其中，每層高折射率膜層和低折射率膜層均為 各向異性的膜層，并且，每層高折射率膜層和低折射率膜層的光學(xué)厚度均為入射光的波長(zhǎng) 的四分之一。
[0028] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的雙折射消偏振薄膜進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0029] 如圖2所示，本實(shí)施例中提供了一種雙折射消偏振薄膜，其由一基底201，以及在 該基底201上鍍制的各向異性雙折射率膜系202構(gòu)成，該各向異性雙折射率膜系202由若 干交替疊置的高折射率膜層212和低折射率膜層222組成，且該各向異性雙折射率膜系的 最外層為高折射率膜層，其中的高折射率膜層和低折射率膜層均為各向異性的薄膜。該各 向異性雙折射率膜系的結(jié)構(gòu)可用（HL)xH來(lái)表示，其中，H表示各向異性高折射率膜層，L表 示各向異性低折射率膜層，X為高折射率膜層和低折射率膜層周期性交替重復(fù)的次數(shù)。在 雙折射率膜系中的每一層高折射率膜層和每一層低折射率膜層的厚度均為四分之一的入 射光203的波長(zhǎng)。
[0030] 上述的各向異性雙折射率膜系的制備方式為采用傾斜入射的物理氣相沉積 (Physical Vapor Deposition,簡(jiǎn)稱：PVD)技術(shù)制備，并采用同一鍍膜材料，在本實(shí)施例中 優(yōu)選為T(mén)a2O5，如圖1所示，利用電子束蒸發(fā)的方式通過(guò)蒸發(fā)源101將薄膜材料加熱預(yù)熔后 分別以不同的傾斜角度\和Q2周期性交替地沉積在由基片支架102固定的基底上，從而 分別形成高折射率膜層和低折射率膜層，上述的傾斜角度a ,和Ci2為基底法線相對(duì)于蒸發(fā) 源的傾斜沉積角度，其可通過(guò)步進(jìn)電機(jī)103來(lái)控制。上述的各向異性雙折射率膜系的材料 及傾斜沉積過(guò)程中的沉積角度的選擇決定了雙折射消偏振薄膜的光學(xué)性能。
[0031] 對(duì)于上述的基底可以采用K9玻璃和/或石英玻璃等，其中K9玻璃的組成如下： SiO2 = 69. 13 % ；B2〇3 = 10. 75 % ；BaO = 3. 07 % ；Na20 = 10. 40 % ；K20 = 6. 29 % ；As203 = 0? 36%。
[0032] 由于本實(shí)施例中的雙折射消偏振薄膜中的向異性雙折射率膜系在傾斜的條件 下，由電子束蒸發(fā)技術(shù)制備得到，因此該膜系呈明顯的柱狀結(jié)構(gòu)，而其中每層的各向異 性的微結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了膜層各向異性的光學(xué)介電常數(shù)，所以雙折射率消偏振薄膜的結(jié)構(gòu)參 數(shù)與基底發(fā)現(xiàn)相對(duì)于蒸發(fā)源的傾斜角度密切相關(guān)。雙折射膜層結(jié)構(gòu)參數(shù)的提取可參見(jiàn) H. J. Qi et al. , Optical properties and microstructure of Ta205biaxial film, AppI. Opt. 48(1)，127-133(2009)。
[0033] 與各向同性膜層只有一個(gè)折射率所不同的是，傾斜沉積的雙折射率膜系具有三個(gè) 主軸折射率，并且沉積角度不同，薄膜的折射率也會(huì)不同，這樣，s偏振態(tài)光波和p偏振態(tài)光 波的薄膜等效折射率也不同，在傳輸過(guò)程中將受到不同的調(diào)劑，因此，若采用兩種不同傾斜 角度沉積薄膜，就可以利用同一種材料獲得具有nsh、nph和nsl、n pl兩組高低折射率的膜層， 其中nEih和nSl分別為S偏振光在_低折射率膜層中的折射率，11Ph和 11Pl分別為P偏振光在 高低折射率膜層中的折射率。為了使雙折射特性更加顯著，所沉積的高折射率膜層和低折 射率膜層的主軸因相互垂直，即高折射率膜層的光軸和低折射率膜層的光軸存在一個(gè)90° 的夾角，這樣高折射率膜層的s偏振光在低折射率膜層中將以p偏振光的特性傳播，而p偏 振光在低折射率膜層中則以s偏振光的特性傳播。由于nsh>nsl，nph>n pl，這樣在正入射條件 下，s偏振光在高低折射率膜層中的折射率差值較小，而P偏振光折射率差值較大，更容易 實(shí)現(xiàn)消偏振效果。
[0034] 無(wú)論是各向同性的材料還是各向異性的材料，對(duì)于由高折射率膜層和低折射率膜 層交替疊置的各向異性雙折射率膜系（HL)xH,其反射率和反射帶寬決定于高折射率與低折 射率的比值IihAi1，當(dāng)膜層數(shù)一定使，比值越大，在中心波長(zhǎng)處的反射率：

【權(quán)利要求】
1. 一種雙折射消偏振薄膜，應(yīng)用于45°傾斜的入射光環(huán)境中，其特征在于，包括： 一基底和位于所述基底上的各向異性雙折射膜系； 所述各向異性雙折射膜系包括交替疊置的高折射率膜層和低折射率膜層，且該各向異 性雙折射膜系的最外層為高折射率膜層； 其中，每層所述高折射率膜層和所述低折射率膜層均為各向異性的膜層，且每層所述 高折射率膜層和所述低折射率膜層的光學(xué)厚度均為所述入射光的波長(zhǎng)的四分之一。
2. 如權(quán)利要求1所述的雙折射消偏振薄膜，其特征在于，所述各向異性雙折射膜系由 傾斜入射沉積工藝進(jìn)行制備。
3. 如權(quán)利要求1所述的雙折射消偏振薄膜，其特征在于，所述傾斜入射沉積工藝為傾 斜入射的物理氣相沉積工藝。
4. 如權(quán)利要求3所述的雙折射消偏振薄膜，其特征在于，每層所述高折射率膜層均采 用同一入射角度的傾斜入射沉積工藝進(jìn)行制備； 每層所述低折射率膜層均采用同一入射角度的傾斜入射沉積工藝進(jìn)行制備。
5. 如權(quán)利要求4所述的的雙折射消偏振薄膜，其特征在于，制備所述高折射率膜層所 采用的入射角度與制備所述低折射率膜層所采用的入射角度相同。
6. 如權(quán)利要求4所述的的雙折射消偏振薄膜，其特征在于，制備所述高折射率膜層所 采用的入射角度與制備所述低折射率膜層所采用的入射角度相同。
7. 如權(quán)利要求6所述的的雙折射消偏振薄膜，其特征在于，制備所述高折射率膜層所 采用的入射角度為60°，且制備所述低折射率膜層所采用的入射角度為70°。
8. 如權(quán)利要求1所述的的雙折射消偏振薄膜，其特征在于，所述各向異性雙折射膜系 的材質(zhì)為T(mén)a205。
9. 如權(quán)利要求1所述的的雙折射消偏振薄膜，其特征在于，所述基底的材質(zhì)包括K9玻 璃和/或石英玻璃。
10. 如權(quán)利要求1所述的雙折射消偏振薄膜，其特征在于，所述高折射率薄膜的主軸與 所述低折射率薄膜的主軸垂直。
【文檔編號(hào)】G02B5/30GK104407410SQ201410697324
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】侯永強(qiáng), 閻江 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司