消偏振五角棱鏡的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種消偏振五角棱鏡，包括五角棱鏡鏡體和楔角片，所述五角棱鏡鏡體通過緊鄰直角面的一個斜面與楔角片的最長斜邊面連接。所述五角棱鏡鏡體和楔角片采用同一基板材料，所述五角棱鏡鏡體和楔角片的接合面之間還設(shè)有消偏振介質(zhì)薄膜層和膠水層，消偏振介質(zhì)薄膜層鍍設(shè)于五角棱鏡鏡體上，膠水層膠合于消偏振介質(zhì)薄膜層和楔角片之間。該實(shí)用新型克服了現(xiàn)有五角棱鏡消偏振常用金屬消偏振膜所存在的消偏振效果不佳、使用壽命不長、設(shè)計(jì)及生產(chǎn)控制難度大、與膠水匹配度差、重復(fù)性和穩(wěn)定性不好的缺點(diǎn)，具有消偏振效果好、與各種膠水匹配度好、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)精準(zhǔn)控制難度低、重復(fù)性和穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
消偏振五角棱鏡
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種消偏振五角棱鏡，應(yīng)用在五角棱鏡的制作領(lǐng)域上。
【背景技術(shù)】
[0002]五角棱鏡是指兩反射面夾角為45°，入射光精確地實(shí)現(xiàn)90°反射的棱鏡，它是光束定角度轉(zhuǎn)向器之一。五角棱鏡不同于直角棱鏡，所成的像既無旋轉(zhuǎn)也無鏡面反射，利用這個特性可進(jìn)行大平面的平面性測量，即把五角棱鏡繞水平軸作旋轉(zhuǎn)時的出射光線在垂直面內(nèi)掃出一個平面，反之繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，則可測定水平面內(nèi)的平面性。目前，五角棱鏡被廣泛應(yīng)用在水準(zhǔn)儀和測距儀上，也可用在單反相機(jī)上。當(dāng)光線傾斜入射到光學(xué)薄膜時，由于電場和磁場在各個膜層的切向分量要保持連續(xù)，使得光線P-分量和S-分量的有效折射率出現(xiàn)差另Ij，從而導(dǎo)致偏振效應(yīng)的產(chǎn)生，即在薄膜系統(tǒng)傾斜使用時P偏振和S偏振的透射帶都向短波移動，由于這兩種偏振光透射帶移動的量不一樣，致使分光鏡和濾光片在應(yīng)用時曲線出現(xiàn)“臺階”，并使濾光片的帶寬減小、峰值和透射率都降低。在大部分光學(xué)系統(tǒng)中，偏振效應(yīng)帶來的是光學(xué)系統(tǒng)性能的劣變，必須消除或減少。現(xiàn)有技術(shù)中多采用金屬消偏振膜，其存在著消偏振效果不佳、使用壽命不長、設(shè)計(jì)及生產(chǎn)控制難度大的缺點(diǎn)。因此提供一種使用介質(zhì)光學(xué)薄膜材料的消偏振膜，在光線傾斜入射情況下P光、s光的消偏振效果好，能提高器件平行度、降低光背離、提高器件精度、降低設(shè)計(jì)和生產(chǎn)精準(zhǔn)控制難度、生產(chǎn)效率高、重復(fù)性和穩(wěn)定性高的消偏振五角棱鏡己成為當(dāng)務(wù)之急。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]為了克服現(xiàn)有五角棱鏡消偏振常用金屬消偏振膜所存在的消偏振效果不佳、使用壽命不長、設(shè)計(jì)及生產(chǎn)控制難度大、與膠水匹配度差、重復(fù)性和穩(wěn)定性不好的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供一種消偏振五角棱鏡，其采用由高折射率介質(zhì)材料和低折射率介質(zhì)材料交疊而成的多層介質(zhì)光學(xué)薄膜替代了傳統(tǒng)的金屬消偏振膜，具有消偏振效果好、與各種膠水匹配度好、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)精準(zhǔn)控制難度低、重復(fù)性和穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0005]—種消偏振五角棱鏡，包括五角棱鏡鏡體和楔角片，所述五角棱鏡鏡體通過緊鄰直角面的一個斜面與楔角片的最長斜邊面連接。所述五角棱鏡鏡體和楔角片采用同一基板材料，所述五角棱鏡鏡體和楔角片的接合面之間還設(shè)有消偏振介質(zhì)薄膜層和膠水層，消偏振介質(zhì)薄膜層鍍設(shè)于五角棱鏡鏡體上，膠水層膠合于消偏振介質(zhì)薄膜層和楔角片之間，所述消偏振介質(zhì)薄膜層為由高折射率介質(zhì)Nb205層和低折射率介質(zhì)Si02層依次交疊而成的多層介質(zhì)薄膜結(jié)構(gòu)，消偏振介質(zhì)薄膜層包含的層數(shù)至少為29層，且該消偏振介質(zhì)薄膜層的光譜指標(biāo)為:T/R= 18/82 ±2%, I Tp-Ts〈4 %，中心波長 532 ± 1nm，AOI = 22.5°，其中 T 表示透過率，R為反射率，Tp、Ts分別為透過光的P偏振態(tài)和S偏振態(tài)，AOI為光線入射角度。
[0006]本申請的消偏振五角棱鏡采用介質(zhì)光學(xué)薄膜層來替代傳統(tǒng)的金屬消偏振膜，不僅使用該膜的壽命大大提升，而且該膜的重復(fù)性和穩(wěn)定性高，在光線傾斜入射的情況下，該消偏振五角棱鏡消除P光、S光偏振效應(yīng)的效果更佳。Nb205膜料折射率高，可見光透過率高，在膜系設(shè)計(jì)過程中所需使用的層數(shù)較少，并且設(shè)計(jì)的帶寬容差大，能大大降低生產(chǎn)難度。選擇Nb205和Si02作為介質(zhì)薄膜材料其結(jié)合的膜層應(yīng)力小，穩(wěn)定性更好，且這兩種膜料能與各種透明膠水匹配，降低了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)控制的難度，便于制備出生產(chǎn)易控制且穩(wěn)定性好的介質(zhì)消偏振薄膜。
[0007]所述消偏振介質(zhì)薄膜層的層數(shù)為29層，各層依照距五角棱鏡鏡體從近到遠(yuǎn)的順序依次為:1.000!1、1.13381^、1.23!1、1.57521^、1.2721!1、1.10651^、0.9383!1、0.99551^、0.8955!1、0.9601L、0.8379H、0.8403L、0.6624H、0.6573L、0.587H、0.7079L、0.7061H、0.8478L、0.8212H、0.9102L、0.8033H、0.5246L、2.2512H、0.8212L、0.836H、0.7775L、0.5054H、
0.4454L、0.6143H，其中數(shù)值+H代表對應(yīng)1/4波長光學(xué)厚度的Nb2O5層，數(shù)值+L代表對應(yīng)1/4波長光學(xué)厚度的S12層，該消偏振介質(zhì)薄膜層的中心波長為590nm。特別設(shè)計(jì)的由29層高折射率Nb205層和低折射率Si02層交疊構(gòu)成的消偏振介質(zhì)薄膜層的消偏振效果更佳。
[0008]所述基板材料為無雜質(zhì)、無氣泡、無包絡(luò)且出射光光背離小于30"的基板材料。
[0009]所述基板材料為K9玻璃、BK7玻璃或熔石英FS。上述基板材料保證了本消偏振五角棱鏡良好的透性以及消偏振的效果。
[0010]所述五角棱鏡鏡體的縱剖面軸對稱，該縱剖面具有四個112.5°的內(nèi)角和一個90°的內(nèi)角，該五角棱鏡鏡體的兩個直角面及緊鄰直角面的兩個斜面均為經(jīng)拋光處理的面;所述楔角片的縱剖面為具有一個22.5°內(nèi)角的直角三角形。
[0011]所述五角棱鏡鏡體的兩個直角面均鍍有增透膜，相對于與楔角片連接的斜面的另一緊鄰直角面的斜面鍍有高反膜，該設(shè)計(jì)使得入射光的入射及反射效果更佳。
[0012]所述膠水層在可見光范圍內(nèi)是透明的，無吸收且折射率為1.39-1.6，該膠水層保證了入射光的透射及反射效果。
[0013]所述楔角片的出射面與五角棱鏡鏡體的入射面的平行度<10"，保證了消偏振的良好效果。
[0014]所述消偏振五角棱鏡的制作方法，依次包括以下步驟:
[0015]①五角棱鏡鏡體的拋光:對五角棱鏡鏡體的兩個直角面及緊鄰直角面的兩個斜面進(jìn)行經(jīng)拋光處理；
[0016]②鍍消偏振介質(zhì)薄膜層:選用高真空度的鍍膜機(jī)在590nm的監(jiān)控波長下，在五角棱鏡鏡體緊鄰直角面的一個斜面上依次交替蒸鍍上高折射率介質(zhì)Nb2O5層和低折射率介質(zhì)S12層構(gòu)成消偏振介質(zhì)薄膜層，其中蒸鍍光強(qiáng)變化<5%的層時該鍍膜機(jī)采用晶振控制，而鍍其他層時鍍膜機(jī)采用直接光控控制；
[0017]③膠水層粘合:在楔角片的最長斜邊面上涂上膠水層，并通過膠水層讓楔角片與鍍上消偏振介質(zhì)薄膜層的五角棱鏡鏡體斜面粘合；
[0018]④粘合的后拋光:對粘合后的楔角片進(jìn)行重新定位拋光，使得楔角片的出射面與五角棱鏡鏡體的入射面的平行度<10"；
[0019]⑤五角棱鏡鏡體其他面的鍍膜處理:在五角棱鏡鏡體的兩個直角面上均鍍上增透膜，在相對于與楔角片粘合連接的斜面的另一緊鄰直角面的斜面上鍍上高反膜。
[0020]本申請消偏振五角棱鏡通過直接在五角棱鏡鏡體緊鄰直角面的一個斜面上依次分層交疊鍍上高折射率介質(zhì)Nb2O5層和低折射率介質(zhì)S12層的方式形成了消偏振介質(zhì)薄膜層，再通過膠水層將五角棱鏡鏡體與楔角片粘結(jié)在一起。由于采用了高折射率介質(zhì)材料Nb2O5和低折射率介質(zhì)材料S12降低了設(shè)計(jì)難度和生產(chǎn)制作難度。同時鍍消偏振介質(zhì)薄膜層時鍍膜機(jī)采用直接光控系統(tǒng)對鍍膜的厚度進(jìn)行控制，即在新的一層時對前一層的厚度誤差實(shí)現(xiàn)自我補(bǔ)償，重新確認(rèn)蒸鍍停止點(diǎn)。而對部分光強(qiáng)變化較小的層數(shù)選擇晶振控制來判定。通過直接光控和晶振控制實(shí)現(xiàn)了鍍膜厚度的精準(zhǔn)控制，也降低了加工難度，提高了器件平行度，降低了光背離，提高了器件精度和生產(chǎn)效益。
[0021]所述步驟②按照以下順序依次在五角棱鏡鏡體緊鄰直角面的一個斜面上交替蒸鍍上29層由高折射率介質(zhì)Nb2O5層和低折射率介質(zhì)S12層構(gòu)成消偏振介質(zhì)薄膜層:1.000H、I.1338L、1.23H、1.5752L、1.2721H、1.1065L、0.9383H、0.9955L、0.8955H、0.9601L、
0.8379H、0.8403L、0.6624H、0.6573L、0.587H、0.7079L、0.7061H、0.8478L、0.8212H、
0.9102L、0.8033H、0.5246L、2.2512H、0.8212L、0.836H、0.7775L、0.5054H、0.4454L、
0.6143H，其中數(shù)值+H代表對應(yīng)1/4波長光學(xué)厚度的Nb2O5層，數(shù)值+L代表對應(yīng)1/4波長光學(xué)厚度的S12層，該消偏振介質(zhì)薄膜層的中心波長為590nm;其中，鍍第8、22、27-29層時該鍍膜機(jī)采用晶振控制。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型申請具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023]I)本申請采用由高折射率介質(zhì)材料Nb2O5和低折射率介質(zhì)材料S12依次交疊構(gòu)成的消偏振介質(zhì)薄膜層，不僅相對傳統(tǒng)所使用的金屬消偏振膜而言大大提升了使用壽命，而且膜層應(yīng)力小，重復(fù)性和穩(wěn)定性高，消偏振效應(yīng)的效果更佳，這兩種膜料能與各種透明膠水匹配，降低了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)控制的難度，便于制備出生產(chǎn)易控制且穩(wěn)定性好的介質(zhì)消偏振薄膜；
[0024]2)特別設(shè)計(jì)的由29層消偏振介質(zhì)薄膜層的消偏振效果更佳；
[0025]3)本申請的消偏振五角棱鏡通過直接光控和晶振控制實(shí)現(xiàn)了膜層厚度的精準(zhǔn)控制消偏振介質(zhì)薄膜層鍍膜，降低了加工難度，提高器件平行度，降低光背離，提高器件精度，提尚了生廣效益。
[0026]本消偏振五角棱鏡將入射光束分成垂直的兩束出射光，其中透射光束作為參考信號，所成的像既無旋轉(zhuǎn)也無鏡面反射，光背離小于30"，平行度可控制在<10"，出射光強(qiáng)比偏差小于2 %，偏振光S-分量和P-分量可精確的控制在<4 %，帶寬可達(dá)30nm，消偏振效果佳。
【附圖說明】
[0027]圖1是本實(shí)用新型所述的消偏振五角棱鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本實(shí)用新型所述的消偏振五角棱鏡的分光曲線圖。
[0029]標(biāo)號說明:
[0030]五角棱鏡鏡體1、楔角片2、膠水層3、消偏振介質(zhì)薄膜層4。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合說明書附圖1-2對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0032]實(shí)施例1
[0033]如圖1-2所示，本實(shí)用新型所述的一種消偏振五角棱鏡，包括五角棱鏡鏡體I和楔角片2，所述五角棱鏡鏡體I通過緊鄰直角面的一個斜面與楔角片2的最長斜邊面連接。所述五角棱鏡鏡體I和楔角片2采用同一基板材料，所述五角棱鏡鏡體I和楔角片2的接合面之間還設(shè)有消偏振介質(zhì)薄膜層4和膠水層3，消偏振介質(zhì)薄膜層4鍍設(shè)于五角棱鏡鏡體I上，膠水層3膠合于消偏振介質(zhì)薄膜層4和楔角片2之間，所述消偏振介質(zhì)薄膜層4為由高折射率介質(zhì)Nb205層和低折射率介質(zhì)Si02層依次交疊而成的多層介質(zhì)薄膜結(jié)構(gòu)，消偏振介質(zhì)薄膜層4包含的層數(shù)至少為29層，且該消偏振介質(zhì)薄膜層4的光譜指標(biāo)為:T/R= 18/82 ± 2%，| Tp-Ts | <4%，中心波長532±10nm，A0I = 22.5°，其中T表示透過率，R為反射率，Tp、Ts分別為透過光的P偏振態(tài)和S偏振態(tài)，AOI為光線入射角度。所述基板材料為無雜質(zhì)、無氣泡、無包絡(luò)且出射光光背離小于30"的基板材料。該基板材料為K9玻璃、BK7玻璃或熔石英FS。所述五角棱鏡鏡體I的縱剖面軸對稱，該縱剖面具有四個112.5°的內(nèi)角和一個90°的內(nèi)角，該五角棱鏡鏡體I的兩個直角面及緊鄰直角面的兩個斜面均為經(jīng)拋光處理的面;所述楔角片2的縱剖面為具有一個22.5°內(nèi)角的直角三角形。所述五角棱鏡鏡體I的兩個直角面均鍍有增透膜，相對于與楔角片2連接的斜面的另一緊鄰直角面的斜面鍍有高反膜。所述膠水層3在可見光范圍內(nèi)是透明的，無吸收且折射率為1.39-1.6。所述楔角片2的出射面與五角棱鏡鏡體I的入射面的平行度<10"。
[0034]該消偏振五角棱鏡的制作方法，依次包括以下步驟:
[0035]①五角棱鏡鏡體的拋光:對五角棱鏡鏡體I的兩個直角面及緊鄰直角面的兩個斜面進(jìn)行經(jīng)拋光處理；
[0036]②鍍消偏振介質(zhì)薄膜層:選用高真空度的鍍膜機(jī)在590nm的監(jiān)控波長下，在五角棱鏡鏡體I緊鄰直角面的一個斜面上依次分層鍍上消偏振介質(zhì)薄膜層4，其中鍍消偏振介質(zhì)薄膜層4中光強(qiáng)變化<5%的層時該鍍膜機(jī)采用晶振控制，而鍍其他層時鍍膜機(jī)采用直接光控控制；
[0037]③膠水層粘合:在楔角片2的最長斜邊面上涂上膠水層3，并通過膠水層3讓楔角片2與鍍上消偏振介質(zhì)薄膜層4的五角棱鏡鏡體I斜面粘合；
[0038]④粘合的后拋光:對粘合后的楔角片2進(jìn)行重新定位拋光，使得楔角片2的出射面與五角棱鏡鏡體I的入射面的平行度<10"；
[0039]⑤五角棱鏡鏡體其他面的鍍膜處理:在五角棱鏡鏡體I的兩個直角面上均鍍上增透膜，在相對于與楔角片2粘合連接的斜面的另一緊鄰直角面的斜面上鍍上高反膜。
[0040]實(shí)施例2
[0041]其與實(shí)施例1的區(qū)別在于:所述消偏振介質(zhì)薄膜層4的層數(shù)為29層，各層依照距五角棱鏡鏡體I從近到遠(yuǎn)的順序依次為:I.0OOHa.1338L、I.23H、I.5752L、I.2721H、I.1065L、
0.9383H、0.9955L、0.8955H、0.9601L、0.8379H、0.8403L、0.6624H、0.6573L、0.587H、
0.7079L、0.7061H、0.8478L、0.8212H、0.9102L、0.8033H、0.5246L、2.2512H、0.8212L、0.836H、0.7775L、0.5054H、0.4454L、0.6143H，其中數(shù)值+H代表對應(yīng)1/4波長光學(xué)厚度的Nb2O5層，數(shù)值+L代表對應(yīng)1/4波長光學(xué)厚度的S12層，該消偏振介質(zhì)薄膜層4的中心波長為590nmo
[0042]本實(shí)施例消偏振五角棱鏡的制作方法中，所述步驟②中鍍該消偏振介質(zhì)薄膜層4的第8、22、27-29層時該鍍膜機(jī)采用晶振控制。
[0043]本實(shí)用新型所述的消偏振五角棱鏡并不只僅僅局限于上述實(shí)施例，凡是依據(jù)本實(shí)用新型原理的任何改進(jìn)或替換，均應(yīng)在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種消偏振五角棱鏡，包括五角棱鏡鏡體(I)和楔角片(2)，所述五角棱鏡鏡體(I)通過緊鄰直角面的一個斜面與楔角片(2)的最長斜邊面連接;其特征在于:所述五角棱鏡鏡體(I)和楔角片(2)采用同一基板材料，所述五角棱鏡鏡體(I)和楔角片(2)的接合面之間還設(shè)有消偏振介質(zhì)薄膜層(4)和膠水層(3)，消偏振介質(zhì)薄膜層(4)鍍設(shè)于五角棱鏡鏡體(I)上，膠水層(3)膠合于消偏振介質(zhì)薄膜層(4)和楔角片(2)之間，所述消偏振介質(zhì)薄膜層(4)為由高折射率介質(zhì)Nb205層和低折射率介質(zhì)Si02層依次交疊而成的多層介質(zhì)薄膜結(jié)構(gòu)，消偏振介質(zhì)薄膜層(4)包含的層數(shù)至少為29層，且該消偏振介質(zhì)薄膜層(4)的光譜指標(biāo)為:T/R=18/82±2%，??？-丁8|〈4%，中心波長532±10醒，八01 = 22.5。，其中T表示透過率，R為反射率，Tp、Ts分別為透過光的P偏振態(tài)和S偏振態(tài)，AOI為光線入射角度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消偏振五角棱鏡，其特征在于:所述消偏振介質(zhì)薄膜層(4)的層數(shù)為29層，各層依照距五角棱鏡鏡體(I)從近到遠(yuǎn)的順序依次為:1.000H、1.1338L、I.23Η、1.5752L、1.2721Η、1.1065L、0.9383Η、0.9955L、0.8955Η、0.9601L、0.8379Η、0.8403L、0.6624H、0.6573L、0.587H、0.7079L、0.7061H、0.8478L、0.8212H、0.9102L、0.8033H、0.5246L、2.2512H、0.8212L、0.836H、0.7775L、0.5054H、0.4454L、0.6143H，其中數(shù)值+H代表對應(yīng)1/4波長光學(xué)厚度的Nb2O5層，數(shù)值+L代表對應(yīng)1/4波長光學(xué)厚度的S12層，該消偏振介質(zhì)薄膜層(4)的中心波長為590nm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消偏振五角棱鏡，其特征在于:所述基板材料為無雜質(zhì)、無氣泡、無包絡(luò)且出射光光背離小于30丨丨的基板材料。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的消偏振五角棱鏡，其特征在于:該基板材料為K9玻璃、BK7玻璃或熔石英FS。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消偏振五角棱鏡，其特征在于:所述五角棱鏡鏡體(I)的縱剖面軸對稱，該縱剖面具有四個112.5°的內(nèi)角和一個90°的內(nèi)角，該五角棱鏡鏡體(I)的兩個直角面及緊鄰直角面的兩個斜面均為經(jīng)拋光處理的面;所述楔角片(2)的縱剖面為具有一個22.5°內(nèi)角的直角三角形。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的消偏振五角棱鏡，其特征在于:所述五角棱鏡鏡體(I)的兩個直角面均鍍有增透膜，相對于與楔角片(2)連接的斜面的另一緊鄰直角面的斜面鍍有高反膜。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消偏振五角棱鏡，其特征在于:所述膠水層(3)在可見光范圍內(nèi)是透明的，無吸收且折射率為1.39-1.6。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消偏振五角棱鏡，其特征在于:所述楔角片(2)的出射面與五角棱鏡鏡體(I)的入射面的平行度< 1"。
【文檔編號】G02B5/04GK205643757SQ201620303116
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】吳小春
【申請人】三明福特科光電有限公司