[发明专利]一种全向消偏振介质薄膜激光反射镜及设计方法

说明书

本发明属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种具有全向入射角度的消偏振介质薄膜激光反射镜及设计方法。本发明提出的全向消偏振介质薄膜激光反射镜，使用高折射率和低折射率两种薄膜材料交替的组合方式，考虑到入射波长对于折射率的影响，对膜系结构的光学厚度系数矩阵进行多次修正，并经过薄膜设计软件对膜系结构进行全数值优化，最终能够获得入射角0‑90°范围内，最小反射率大于99.88％的全向反射薄膜，并且两个偏振的反射率差最大为0.1％，使得该膜系具有较高的应用价值。

技术领域

本发明属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种具有全向入射角度的消偏振介质薄膜激光反射镜及设计方法。

背景技术

激光技术在民用和军用领域已经得到广泛的应用，基于激光的成像与探测技术是现代光电成像与探测技术的重要分支之一。激光偏振测试是近年来发展起来的新型技术，已经覆盖到激光雷达、激光通信和激光引信等领域。偏振成像可以增加目标的信息量，通过测量得到目标散射的激光偏振强度、偏振度和偏振角等信息。因此，在目标探测与识别技术应用中具有较高的军事意义和科学意义。

在激光成像与探测系统中，激光发射的回波信号通过扫描反射镜进入信号接收系统中，因此扫描反射镜是该系统中重要的元件之一。扫描反射镜需要解决两个问题：1)对偏振光的反射率足够高；2)反射镜满足耐摩擦、耐腐蚀等环境适应性。基于上述两点要求，目前常用的金属薄膜反射镜，诸如Al、Au和Ag等，其反射率达到96％以上；在金属薄膜表面加上保护膜，也可以应对第二个要求。尽管如此，为了提高回波信号的探测概率，需要进一步提高反射镜的反射率和表面的环境适应性。因此，基于全介质薄膜的全向反射镜则是解决上述两个问题的关键。

1998年，Fink等人基于光子晶体的概念提出全向反射镜的方法，展示了由9对Ps/Te构成的全向反射镜，覆盖波长范围10-15μm。1999年，Chen等人利用溶胶凝胶的方法制备一个6对的TiO₂/SiO₂全向反射镜，在近红外波长具有70nm的带宽。Chigrin等人提出了一个19层Na₃AlF₆/ZnSe结构的全向反射镜，波长范围为604.3-638.4nm。2001年，B.Gallas等人设计了Si/SiO₂组合的全向反射镜。国内的同济大学、浙江大学等单位均开展了基于光子晶体的全向反射镜设计与实验研究工作，实验中大多用的是硒化锌(ZnSe)和冰晶石(Na₃AIF₆)两种材料。美国3M公司根据一维光子晶体的设计思想，用高分子聚合物材料制作了全向反射镜，在正入射时的反射带可覆盖整个可见光区和近红外区，在0-90°入射角范围内，在400-415nm和775-1020nm两个波长范围，反射率均可达到98％以上，在应用中取得良好效果。

尽管如此，基于激光偏振成像与探测技术的发展需求，在消偏振的高反射需求上，上述研究成果并未对偏振特性进行深入分析。因此，本发明提供了一种全向消偏振激光介质薄膜反射镜，可实现0-90°全向反射，S和P偏振反射率差值在0.1％。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种全向消偏振介质薄膜激光反射镜及设计方法，以解决如何在石英基底上实现0-90°入射角范围内，S和P偏振光的全向高反射的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种全向消偏振介质薄膜激光反射镜的设计方法，该设计方法包括如下步骤：

S1、激光反射镜具有多层反射膜，将多层反射膜的膜系结构设计为如下基本结构：

Sub/x₁H x₂L x₃H x₄L……x₆₅H x₆₆L/Air