失谐式激光偏振片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种失谐式激光偏振片及其制备方法，特征是偏振片结构为玻璃／失谐单半波或多半波带通滤光片／空气，其典型结构为ｎＬ（ＨＬ）↑［３］Ｈ↑［＊］Ｈ（ＨＬ）↑［＊］Ｈ（ＬＨ）↑［＊］ＬＨ（ＬＨ）↑［３］ｍＬｎ↑［Ｈ］＝２．３，ｎ↓［Ｌ］＝１４．５，（ｎｄ）↓［Ｈ］＝（ｎｄ）↓［Ｌ］＝２３９ｍｍ．选用ＴｉＯ↓［２］＋Ｔａ↓［２］Ｏ↓［５］＝７∶３的混合材料作高折射率材料。并采用Ｋａｕｆｍａｎ离子源轰击清洁基板和实施离子辅助淀积，其离子轰击能量为１００±５０ｅＶ。本发明专利技术的优点为激光损伤阈值高，比常规设计高１倍以上，消光比高，制备简单。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及偏振片及其制备方法，尤其是涉及。偏振片就是对某一偏振分量的光具有高透射，而对正交的另一个偏振分量的光具有高反射的器件。根据薄膜光学理论设计的薄膜偏振片既不同于基于双折射原理的棱镜偏振器，又不同于基于选择性吸收的或二向原理的塑料偏振片。薄膜偏振片具有制作容易，通光口经不受限制，激光损伤阈值高等优点。薄膜偏振片又可分为两种棱镜型和平板型。棱镜型薄膜偏振片是根据布儒斯特角原理设计的，薄膜被镀在两棱镜的斜面上，主要优点是偏振带很宽(为3500 )，缺点是由于玻璃双折射的限制，消光比不太高;且两棱镜之间的胶合层使激光损伤阈值降低。平板型薄膜偏振片是基于薄膜对两个偏振分量的有效折射率不同而设计的，由于它的损耗小，偏振度高，选择基片和薄膜材料有较大灵活性，最主要的特点是激光损伤阈值非常高，所以是强激光系统中唯一得到应用的偏振片。缺点是偏振带窄，一方面给制造带来困难，另一方面不能用于宽波段，而只能用于激光系统。本偏振片用于大功率激光系统。目前国内外采用的平板型薄膜偏振片均为截止滤光片。截止滤光片型常为三层对称结构( (P)/2 q (P)/2 )S，S表示周期数。为了消除P偏振光的反射次峰，增加偏振带宽，需在上述主膜系两侧加上匹配膜，整个膜系结构变为｜匹配膜｜( (P)/2 q (P)/2 )S｜匹配膜｜典型的设计为玻璃｜( (L′)/2 H′ (L′)/2 )S′( (L)/2 H (L)/2 )S( (L″)/2 H″ (L″)/2 )S″｜空气S′＝2，S＝8，S″＝2，nH＝2.3，nL＝1.45，(nd)H＝238nm，(nd)L＝271nm，(nd)′H＝(nd)″H＝208nm，(nd)′L＝(nd)″L＝236nm。附图说明图1示出了上述典型膜系的光谱特性曲线。图2示出了电场强度分布曲线。激光损伤阈值与电场强度的分布及大小直接相关，电场强度越大，损伤阈值越低。用计算机模拟制造过程得到上述膜系的最高成品率为预镀层HLH，控制波长500nm，成品率45%。显然这种膜系是很难监控的，它需要至少4个波长才能完成厚度控制，制造成品率低。通常的制备方法为选择TiO2作为高折射率，而SiO2作为低折射率材料分装在电子束坩埚中，清洁玻璃基板和真空室并抽空至1-5×10-5乇，采用电子束蒸发加热薄膜材料，用光电极值法控制厚度，最后，在大气中进行退火处理。本专利技术的目的是提供一种。下面结合附图作详细说明。图1是常规膜系的光谱特性曲线;图2是常规膜系的电场强度分布曲线;图3是本专利技术膜系的光谱特性曲线;图4是本专利技术膜系的电场强度分布曲线。我们采用修改带通滤光片间隔层厚度的方法设计了性能优良，又易于制造的薄膜偏振片，称之为失谐式带通滤光片型。设计的主要步骤分为三个1.按照偏振特性要求，选择反射膜堆的层数及滤光片的半波层数;2.修改间隔层的厚度以减小P-偏振光在偏振带内的反射波纹，层宽偏振带;3.修改与基极和空气相邻的膜层厚度，进一步改善偏振特性和抗激光损伤阈值。根据上述步骤，可以设计出多组膜系，玻璃/失谐单半波或多半波带通滤光片/空气，其典型结构为(1)玻璃｜nL(HL)3H 3/2 L(HL)23/2 H(LH)23/2 LH(LH)3mL｜空气(nd)H＝(nd)L＝239nm;(2)玻璃｜nL 3/2 H(LH)33/2 L(HL) 3/2 H(LH) 3/2 L(HL)3(3H)/2 mL｜空气(nd)H＝(nd)L＝231nm;(3)玻璃｜ 3/2 H(LH) 3/2 -L(HL)2H2LHL (3H)/2 LH2LH(LH)23/2 L(HL) 3/2 H｜空气，(nd)H＝(nd)L＝227nm，其中nH＝2.3、nL＝1.45。图3示出了新设计的光谱特性曲线。当m＝n＝0时，偏振带宽比常规设计宽，(约为450 )，Tp比常规设计高(Tp＞99.9%)，最大消光比达5000。在两测增加适当厚度的低折射率层(如m＝3，n＝2)，对偏振特性影响很小，都可提高激光损伤阈值。图4示出了电场强度分布，与常规设计比，电场强度降低。对新设计进行成品率计算机模拟，结果为预镀层HLHL，控制波长478nm，成品率为100%。新设计的激光偏振片的制备方法是选择TiO2+Ta2O5(7∶3)作高折射率，而SiO2作为低折射率材料分装在电子束钨片坩埚中，采用酒精乙醚(1∶1)混合物清洁玻璃基板和真空室，抽真空至1-5×10-3乇，采用Kaufman离子源轰击清洁基板，轰击时O2压为1-2×10-4乇，然后用电子束加热薄膜材料，用石英晶体振荡器监控蒸发速率，用光电极值法控制厚度。其淀积参数为氧压为1-3×10-4乇(一般取2×10-4乇)，基板温度240-280℃(一般取250℃)，蒸发速率对TiO2+Ta2O，混合材料取0.2-0.4nm/s(一般取0.3nm/s)，对SiO2取1-1.5nm/s(一般为1.2nm/s)，离子轰击能量100±50ev(一般为100ev)，离子流密度为60-80μA/cm2。最后，偏振片需在大气中作400℃4-8小时的退火处理。此偏振片经机电部第11研究所、中科院上海光机所测试，在浙江大学和中科院上海光机所的单位使用证实性能优良。最佳光学性能达到Tp＝97.2%，Ts＝0.029%，消光比3000。损伤阈值达到脉宽 重复频率 激光功率密度15ns 2Hz ＞0.66GW/cm240Ps 1Hz，10Hz ＞3GW/cm220Ps ＞40GW/cm2光学性能和激光损伤阈值明显优于常规的激光偏振片。本专利技术的优点是1.采用失谐式带通滤光片型偏振片设计和低压氧离子辅助技术，使激光损伤阈值提高，比常规设计要高1倍以上，2.常规设计很难做到Tp＞95%，本设计达到Tp＞97%，消光比高达3000。3.制备简单，只需用一个控制波长镀制整个膜系。权利要求1.一种失谐式激光偏振片，特征是其结构为玻璃/失谐单半波或多半波带通滤光片/空气。2.根据权利要求1所述的一种失谐式激光偏振片，特征是所说的失谐单半波或多半波带通滤光片为hL(HL)3H 3/2 L(HL)23/2 H(LH)23/2 LH(LH)3mLnH＝2.3 nL＝1.45 (nd)H＝(nd)L＝239nm。3.根据权利要求1或2所述的一种失谐式激光偏振片特征是所说高折射率层的材料为TiO2∶Ta2O5＝7∶3的混合材料。4.一种用于制备失谐式激光偏振片的方法，它包括a.选择TiO2作为高折射率，而SiO2作为低折射率材料分装在电子束坩埚中;b.清洁玻璃基板和真空室;c.抽真空至1～5×10-5乇;d.电子束蒸发加热薄膜材料，用光电极值法控制厚度;e.最后偏振片在大气中进行退火处理;特征是f.所说a中的高折射率材料为TiO2和Ta2O5的混合材料;g.所说的d采用Kaufman离子源轰击清洁基板，然后用电子束加热薄膜材料，实施离子辅助淀积;5.根据权利要求4所述的一种用于制备失谐式激光偏振片的方法，特征是h.所说f中混合材料TiO2∶Ta2O5＝7∶3;i.所说g中离子源轰击时O2压为1～3×10-4乇，离子轰击能量为100±50ev。全文摘要本专利技术公开了一种，特征是偏振片结构为玻璃/失谐单半波或多半波带通滤光片/空气，其典型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种失谐式激光偏振片，特征是其结构为：玻璃／失谐单半波或多半波带通滤光片／空气。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾培夫，唐晋发，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]