[发明专利]一种抑制半波孔的倍频分束薄膜

说明书

技术领域

本发明属于光学薄膜领域，具体涉及一种可抑制半波孔的倍频分束薄膜。

背景技术

倍频分束镜是光学系统中普遍使用的一种薄膜，它的基本周期结构为0.5L/H/0.5L，其中HL分别指高低折射率材料的四分之一波长光学厚度。半波孔，指倍频分束镜在二倍频处出现的一个反射峰，或称为滤色片的半波跌落，它的存在极大地影响了倍频分束镜的光谱特性。

对于倍频分束镜半波孔产生的原因，国内外许多光学薄膜专家进行了深入研究。Maclod认为镀膜材料的折射率非均质性是造成半波孔的一个重要原因(参见：H.A.Maclod.″Half wave holes，leaks and the other problems″.in Proceedings of the 39th Annual Technical Conference of the Society of Vacuum Coaters，J.N.Lingscheit and A.A.Bromfield，eds.(Society of Vacuum Coaters，Washington，D.C.)，1996，p.193～198)；顾培夫认为镀膜过程中膜厚控制误差积累也是造成半波孔的一个重要原因(顾培夫.薄膜技术.浙江大学出版社，1993，p.162)。

在实际制备中，影响半波孔最重要的两个因素就是膜层的厚度误差和薄膜材料的非均质性。在实际镀膜中，无法完全消除各种因素造成的厚度误差；常用薄膜设计软件往往针对的是折射率沿厚度方向均匀分布的薄膜，因而在设计膜层具有非均质性且光谱受非均质性影响敏感的倍频分束镜时，便显得不够有效。半波孔成为薄膜制备中无法避免的一个问题。当前的薄膜工作者通常采用回避半波孔的方法来设计膜系，这样带来的结果就是牺牲了半波处高透射区的宽度。

发明内容

本发明从薄膜厚度误差和非均质性影响半波孔的根本原因入手，提供了一种抑制半波孔的倍频分束镜薄膜，不再回避半波孔。

本发明提出的抑制半波孔的倍频分束镜薄膜，薄膜的基本周期结构为：aL/AR1/bH/AR2/cL，其中：AR1为L/H薄膜界面（即L层在H层开始生长的界面）的导纳匹配层，AR2 为H/L薄膜界面（即H层在L层开始生长的界面）的导纳匹配层；H、L分别代表高低折射率材料在基频波长的四分之一光学厚度，a、b、c为四分之一波长光学厚度的倍数;基本周期的总厚度为基频的半波光学厚度；L/H薄膜界面的导纳匹配层和H/L薄膜界面的导纳匹配层制得方法相同，AR1的制备方法为：将与AR1相邻的L膜层界面的折射率标为n_L，H膜层界面的折射率标为n_H。以折射率为n_L的介质为入射介质，折射率为n_H的介质为出射介质，利用矢量法（具体方法参照《现代光学薄膜技术》，作者：唐晋发，顾培夫，刘旭，李海峰，浙江大学出版社），可以得到AR1，使得光从入射介质穿过AR1和出射介质后，能量不损失,即透射率为100%。

本发明中，薄膜的基本周期结构的总厚度为基频波长的半波长光学厚度。

本发明中，对基本周期结构进行优化计算时，只优化基本周期结构两侧临近空气和基板的膜层物理厚度；进行优化计算时认为膜层的折射率不具有非均质性。

本发明在薄膜基本周期的高低材料的界面之间增加导纳匹配层，可抑制由厚度误差和非均质性引起的导纳偏差。对于常规基本周期结构0.5LH0.5L，理想情况下基本周期在二倍频的导纳曲线是一系列封闭的整圆，相当于虚设层，此时导纳起点和终点的距离，设为D，为零。当薄膜厚度出现误差，或高折射率材料具有非均质性时，导纳曲线不再是一个封闭的曲线，终点与起点之间的距离，设为D’，不再为零。从而破坏了基本周期与空气和基板原有的匹配，产生半波孔。分别在两个界面之间加入AR1膜和AR2膜后，单个周期的导纳起点和终点的距离E，因厚度误差和非均质性影响而变为E’，但D和D’的偏差| D-D’|远大于| E-E’|。即加入导纳匹配层的薄膜，对基本周期与空气和基板原有的匹配破坏远小于常规结构，产生的半波孔也远小于常规结构。随着基本周期的增加，这种趋势会愈加明显。综上所述，厚度误差和非均质性引起的导纳偏差都会被加入的导纳匹配层抑制，最终保持半波附近的透射率对厚度误差和非均质性不敏感。

本发明具有以下的技术效果：