近红外消偏振分光膜设计.pdf

第23卷第12期 强 激 光 与 粒 子 束 V01．23。No．12 2011年12月 HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMS Dec．，2011 文章编号： 1001—4322(2011)12-3275-04 近红外消偏振分光膜设计。 王文梁 (南昌大学物理系，南昌330031) 摘要：大角度倾斜入射时，光学薄膜表现出强烈的偏振效应。入射光S分量和P分量的反射率和透射 率曲线，以及反射或透射引起的两个分量的相位变化都不再相同，彼此有一定的偏振分离。通过对产生偏振效 应内在原因的分析，采用一个在近红外波段对于45。倾斜入射光的S分量和P分量等效导纳非常接近的膜系 5001 600 结构，结合单纯形法优化算法，设计得到一个1 nm范围内反射率都是50％的近红外消偏振分光 膜。结果显示，在45。入射时，S分量和P分量的反射率曲线偏振分离小，反射和透射引起的相位变化也控制在 很小范围。 关键词：近红外；分光膜；偏振效应；等效导纳 中图分类号：0484 文献标志码： A doi：10．3788／HPLP3275 光学薄膜具有良好的牢固性和光学稳定性，且质量较轻，因此在各类光学系统中应用极为广泛。对于某些 应用场合的光电产品，甚至到了不镀膜就无法正常工作的地步。它一般是通过在光学玻璃、光学塑料、光纤、晶 体等各种材料的表面镀制一层或多层薄膜，基于薄膜内的干涉效应来改变反射光或透射光的光强、偏振状态和 相位变化。 而许多现代光学系统为了实现像的旋转、不同光路的叠加以及激光腔的折叠等，其光轴都是弯曲的，会遇 到很多倾斜入射的光学元件。光在倾斜入射时，由于膜层对两个偏振状态的有效折射率不同，引起反射率、透 射率和相位移动都不同，因此在反射光和透射光中会引入偏振效应。这一现象对大多数光学系统带来的都是 光学性能的劣变，消除倾斜入射时偏振效应的影响是光学薄膜设计与制造领域的一项难题‘1。。理想的消偏振 膜系设计，应该在一个较大的波长范围内，使S偏振光和P偏振光具有相同的反射率和透射率特性，以及很小 的相位延迟。要使入射角具有一个合理的范围，而且要没有吸收。金属材料相对于全介质材料，具有比较小的 偏振效应。因此，采用包括金属层的多层膜设计能在较大的波长范围内使S偏振光和P偏振光具有近似相同 的特性[2．5]，但金属材料的强烈吸收在激光系统中是一个问题。为解决薄膜的消偏振问题，曾经有过大量的研 到满足要求的解。然而，他论文中提出的消偏振分光膜的工作波长范围是非常有限的‘81。接下来，有很多致力 于采用全介质材料来设计消偏振分光膜的报导。近些年，也有很多采用数值方法的优化设计，取得了一些不错 的结果r争12]。 以上结果多为可见波段范围，而实际应用中常用的近红外波段的相关研究较少。本文通过对偏振效应的 主要表现和内在原因分析，采用了一个对倾斜入射光S分量和P分量的有效导纳非常相近的膜系。设计了近 红外波段1500～1600 nm范围内，入射角为45。的宽波段消偏振平板分光膜。 l薄膜偏振效应 光波是电磁波，根据麦克斯韦方程，介质的光学导纳为 N_器 (1) 式中：E为电矢量；H为磁矢量；K为波数。在光波段，磁导率肛是足够接近于1的，介质的光学导纳在数值上 等于介质的折射率。 又根据波动光学理论，当一束光以口角倾斜入射到薄膜上时，一般情况下，反射光和透射光都是部分偏振 -收稿日期：2011-04·08-修订日期：2011-09—15 作者简介：王文粱(1978一)·男．博士，讲师．主要从事光学薄膜方面的研究工作·W．1．wang@163．corn． 万方数据 强 激 光 与 粒 子 柬 第2