[发明专利]各向异性和各向同性混合薄膜反射式位相延迟片

说明书

技术领域

本发明涉及位相片，特别是一种各向异性和各向同性混合薄膜反射式位相延迟片。

背景技术

在激光在光学元件表面传输中，根据由入射激光与光学元件界面法线构成的入射面，可以将入射光波可以分为水平偏振光及垂直偏振光，即TE和TM两种偏振态光波，在许多应用中需要使用位相延迟片对入射光波的偏振态进行调制，实现各类偏振态之间的相互转化或偏振面的旋转。位相延迟片可以实现对于入射两种偏振态光波固定的位相差，如常用的四分之一波片，可以在特定波长获得入射两种偏振态光波90°的位相差，将线偏振光转化为圆偏振光，或将圆偏振光转化为线偏振光，二分之一波片可以在特定波长获得入射两种偏振态光波180°的位相差，改变入射线偏振光的偏振方向。

传统的位相延迟片或者使用各类各向异性块体材料，如非环状烯烃单体-环状烯烃单体-芳香族乙烯基单体构成的高分子聚合物（参见CN1385718A）、液晶（参见CN1078049A，CN102707362A）、双折射晶体材料（参见CN102383808A，CN102508328A，CN102508364A）等，但以上设计基于体材料的本征各向异性，且只能作为透射类元件。对于各向同性薄膜，在倾斜入射下存在偏振分离效应，可以利用斜入射下薄膜的偏振分离特性设计位相延迟器件，如CN201166717Y，借助于两个斜入射的薄膜型位相延迟薄膜，两个光学调整架以及一个精密调整平台可以实现可调的位相延迟功能，虽然此类设计是反射型位相延迟器件，但实现位相延迟功能的需要多个部件组合在一起才能实现相应的位相延迟功能，系统设计较为复杂，另外，位相相延薄膜为斜入射下使用，结构不紧凑。因此，发明一种简易可行，易于实现的正入射反射式位相延迟片具有强烈的应用需求，而且提供一种新的反射式位相延迟片的设计方法也是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种各向异性和各向同性混合薄膜反射式位相延迟片，该位相延迟片在光波正入射条件下TE和TM两种偏振态光波偏振分离，且两种偏振态光波在工作波长范围内均具有很高的反射率及特定的反射位相差。各向异性和各向同性混合薄膜反射式位相延迟片的反射位相差由各向异性膜层材料选择、膜层倾斜沉积过程中沉积角度控制和薄膜厚度来实现，因而具有很高的设计灵活性。

为了实现这一目的，本发明的技术解决方案如下：

一种各向异性和各向同性混合薄膜反射式位相延迟片，其特点在于是由基底上依次镀制的高反射膜和各向异性薄膜层一体构成，所述的高反射膜的结构为(HL)^xH，其中H为高折射率层，L为低折射率膜层，x为高折射率层和低折射率膜层重复的次数，所述的高反射膜的最外层为高折射率层，每一膜层的光学厚度为四分之一使用波长λ，所述的各向异性薄膜层使用倾斜沉积技术制备，膜层的结构参数与膜层材料、倾斜沉积中沉积角度及该膜层的光学厚度决定该双折射薄膜反射式位相延迟片的反射位相延迟量。

所述的各向异性薄膜层采用倾斜沉积技术制备，在倾斜沉积条件下，电子束蒸发技术制备的薄膜呈现明显的柱状结构，薄膜的结构参数与基片法线相对于蒸发源的倾斜角度密切相关。倾斜沉积条件下各向异性的微结构导致各向异性的光学介电常数。各向异性薄膜材料为氧化物材料，利用电子束蒸发方式将膜料加热后沉积在所述的高反射膜上，所述的基片的法线相对于蒸发源的倾斜角度通过步进电机控制，在镀制各向异性薄膜时，氧气纯度大于99.999%，充入量为20sccm-25sccm，沉积速率为0.4nm/s～0.6nm/s。

所述的基底为玻璃。

本发明的依据如下：

在倾斜沉积条件下，电子束蒸发技术制备的薄膜呈现明显的柱状结构，薄膜的结构参数与基片法线相对于蒸发源的倾斜角度密切相关，薄膜各向异性的微结构导致各向异性的光学介电常数。图1是本发明各向异性和各向同性混合薄膜反射式位相延迟片的截面结构示意图，其中3为各向异性的位相延迟层，与各向同性膜层只有一个折射率不同，该层薄膜有三个主轴折射率。当各向异性薄膜的两个折射率主轴方向位于薄膜的入射面内时，即薄膜的主截面与主平面重合，入射光波在各向异性薄膜内传输时两种偏振态光波不发生耦合，在薄膜内部独立传输：

入射的s分量光波的传输行为与各向同性介质中寻常光波（o光）的传输相同，只由薄膜的主轴折射率n₃及薄膜厚度d决定，出射光波完全为s偏振态，正入射时s偏振入射光波折射率为：