薄膜偏振片

2021-04-29 17:26:08 浏览:596

定义

采用多层介质涂层得到的光学偏振片。

薄膜偏振片是光学偏振片的一种,利用了多层介质涂层的干涉效应。涂层通常放置在玻璃片上。(不需要采用双折射材料。)在某些入射角度时,可以得到随偏振变化的反射率。(通常是利用s偏振光被反射,而p偏振光则透射。)通常设计的薄膜偏振片工作时的入射角度为 45°,这时反射光束相比于入射光束角度变化为90°。

存在不同种类的薄膜偏振片:

1、只包含一层镀膜的玻璃片的片状偏振器。通常设计入射角为布儒斯特角,这样可以避免背向的透射光的反射损耗。如果入射角为其它角度,例如45°(最常见),则需要在背面采用抗反射涂层,并且前面的设计层的结构也比较困难。

图 1 工作在近布儒斯特角的片状偏振片,在顶层具有反射涂层,底部则没有涂层

2、偏振立方体通常是对 45° 棱镜涂覆涂层,然后将另一个的 45° 棱镜黏在其上,得到立方体结构。入射和出射面通常都涂覆抗反射涂层。常用的MacNeille立方体设计[2]的基本原理是在所有入射面以布儒斯特角入射消除p偏振的反射。因此引入布拉格反射镜很容易得到s偏振很高的反射率,并且不会引入对p偏振的反射。布儒斯特角条件需要衬底材料的折射率是合适的(给定涂层材料)。这种偏振片适合很大的波长范围,但是入射角度范围比较窄(几度)。

在其它偏振立方体结构中,也可以不满足布儒斯特角条件,而利用干涉效应抑制p偏振的反射。这种干涉偏振片只工作在很窄波长范围内,但是可以很灵活的选取材料。

偏振立方体中的粘接表面使纳米激光器脉冲情况下的光学损伤阈值减小到 1 J/cm2 的量级。而不需要粘接的光学接触的偏振立方体则可以承担更高的强度。

图 2 由薄膜涂层粘接两个 45° 棱镜得到的偏振立方体。 由于多层涂层之间的干涉效应与偏振有关,因此薄膜偏振片只能工作在有限的波长和角度范围。通过优化薄膜设计,工作波长能够到达几百纳米的范围。但是,这种宽带偏振片不能达到窄带偏振片(激光线偏振片)的性能。图3给出了一个工作带宽为50nm的偏振片的反射率曲线。

图 3 采用TiO2/SiO2的薄膜偏振立方体的反射率,工作在600-650nm范围内

为了优化薄膜偏振片的涂层,可以采用类似的数值模拟技术设计宽带分束器或二色性反射镜。

薄膜偏振片的优势在于可以制作非常大尺寸,采用晶体(双折射)偏振片则非常困难。因此它可以工作于很高功率或能量的激光脉冲装置中。

参考文献

[1] M. Banning, “Practical methods of making and using multilayer filters”, J. Opt. Sco. Am. 37 (10), 792 (1947)
[2] S. M. MacNeille, “Beam Splitter”, U.S. Patent 2,403,731 (9 July 1946)
[3] J. Mouchart et al., “Modified MacNeille cube polarizer for a wide angular field”, Appl. Opt. 28 (14), 2847 (1989)
[4] Design of a thin-film plate polarizer with the RP Coating software
[5] Design of a polarizing cube with the RP Coating software

参阅:偏振片、介质涂层

基础光学

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