一种硅基底中波红外带空气间隙的棱镜PBS分束膜制造技术

本发明专利技术公开了一种硅基底中波红外带空气间隙的棱镜PBS分束膜，其结构为：S/aLbHcLdHeLfHgLhHiA/S，其中，S代表Si基底、A代表空气间隙、H代表Ge、L代表SiO；a

【技术实现步骤摘要】
一种硅基底中波红外带空气间隙的棱镜PBS分束膜


[0001]本专利技术涉及一种硅基底中波红外带空气间隙的棱镜PBS分束膜，属于光学薄膜


技术介绍

[0002]PBS偏振分光棱镜是能把入射的非偏振光分离成两束互相垂直的线偏光的光学元器件，其中P光能完全通过，S光则被反射。该元器件是在棱镜的斜面镀制PBS分光膜，并由两个直角棱镜胶合形成的。
[0003]PBS偏振分光棱镜几乎还处在国外垄断阶段，国内工艺还不成熟，且一般也都是采用胶体胶合，胶体的折射率会影响光学指标，使得消光比达不到或者透过率达不到；且膜层容易吸湿，耐久性和稳定性较差，透射率低。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种硅基底中波红外带空气间隙的棱镜PBS分束膜，采用无胶胶合的方法，避免了胶体对通光孔径内光学指标的影响；耐水性好，膜层持久、稳定，透射率高，大于98.5％。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种硅基底中波红外带空气间隙的棱镜PBS分束膜，其结构为：S/aLbHcLdHeLfHgLhHiA/S，其中，S代表Si基底、A代表空气间隙、H代表Ge、L代表SiO；a
‑‑
i代表第一层到第八层的四分之一参考波长光学厚度的系数。
[0007]本申请经过对不同方案膜系的设计和优化比较，最终得到了9层的膜层结构：Si基底/SiO/Ge/SiO/Ge/SiO/Ge/SiO/Ge/Air(SiO2)/Si基底，即从第一片Si基底到第二片Si基底的顺序：第一﹑三、五、七层是SiO层，第二、四、六、八层是Ge层，第九层是Air空气间隙层(支撑边框采用SiO2制备，支撑边框内侧为Air空气间隙)。
[0008]专利技术人经研究发现，若采用氟化物与本申请膜层搭配，则膜层微观结构容易出现多孔柱状，质地软，且容易吸收水汽，导致元器件的耐久性变差；通过交替镀制SiO(低折射率材料)与Ge(高折射率材料)，同时空气间隙采用SiO2镀制支撑边框，采用空气间隙作为等效膜层，得到了在中红外范围内的吸收系数小、透射率高的膜系结构，提高了光学性能和膜层稳定性。
[0009]为了进一步兼顾膜层的光学性能和机械性能，参考波长为4.5μm，a的取值为0.25～0.29，b的取值为0.79～0.83，c的取值为0.71～0.75，d的取值为0.77～0.81，e的取值为0.90～0.94，f的取值为0.77～0.81，g的取值为0.71～0.75，h的取值为0.83～0.87，i的取值为0.1～0.15。
[0010]进一步优选，aL层的物理厚度为170
±
20nm，bH层的物理厚度为230
±
20nm，cL层的物理厚度为460
±
30nm，dH层的物理厚度为220
±
20nm，eL层的物理厚度为580
±
50nm，fH层的物理厚度为220
±
20nm，gL层的物理厚度为460
±
30nm，hH层的物理厚度为240
±
20nm，iA
层的物理厚度为140
±
10nm。aL层的物理厚度指aL对应位置膜层的物理厚度，其余各层的含义类似。
[0011]上述Si基底有结构相同的两块，两块Si基底靠合在一起，分束膜设在两块Si基底之间，分束膜的厚度方向上无胶体层，彻底避免了胶体层对光学性能的影响。
[0012]作为其中一种具体的优选实施方案，两块Si基底均为直角三棱柱结构，分束膜设在其中一块直角三棱柱结构的斜面上，在另一块直角三棱柱结构的斜面上沿周边设置支撑边框，将两块直角三棱柱结构的斜面相向靠合，支撑边框粘结在分束膜周边、形成长方体结构，支撑边框内侧形成空气间隙；支撑边框采用SiO2制备，SiO2的蒸发速率控制在0.5
‑
1nm/s。
[0013]上述支撑边框与另一块直角三棱柱结构的斜面之间，利用膜料分子间的吸引力结合在一起，无需光胶，从根本上，避免了胶体的影响。
[0014]上述支撑边框是沿分束膜两端或四周的支撑边框，也即，支撑边框为沿分束膜四周设置的方形边框结构，或者，支撑边框为设在分束膜两端的支撑条，两端的支撑条相互平行、形成支撑，这样即可与外界空气形成隔离，减少空气对膜层的侵蚀，又能形成空气间隙，避免胶体对光学性能的影响。支撑边框的厚度也即空气间隙层的厚度。
[0015]膜层的镀制方法也会对膜层的机械性能和光学性能造成影响，专利技术人经过长期的研发实践，发现优选的镀制工艺为：上述aL层、cL层、eL层和gL层采用阻蒸蒸发源镀制；bH层、dH层、fH层和hH层采用电子枪蒸发源镀制。
[0016]进一步优选，SiO的蒸发速率控制在0.5
‑
1nm/s；Ge的蒸发速率控制在0.3
‑
0.5nm/s。
[0017]本专利技术未提及的技术均参照现有技术。
[0018]本专利技术硅基底中波红外带空气间隙的胶合棱镜PBS分束膜，以硅为基底，采用带有空气间隙膜系的设计结构，通过膜层结构的改进，膜层间采用无胶胶合的方法，避免了胶体对通光孔径内光学指标的影响；通过对镀膜材料有效的选择，合理地控制各项工艺参数，采用空气隙作为等效膜层，在基底上镀制多层薄膜，使镀膜指标消光比达到2000:1。
附图说明
[0019]图1为硅基底中波红外带空气间隙的胶合棱镜PBS分束膜层结构示意图；
[0020]图2为硅基底中波红外带空气间隙的胶合棱镜的截面图；
[0021]图3为实施例中硅基底中波红外带空气间隙的胶合棱镜PBS分束膜层的设计曲线；
[0022]图4为实施例中硅基底中波红外带空气间隙的胶合棱镜PBS分束膜层的测试曲线；
[0023]图中，1为膜层，2为空气间隙，3为Ge层，4为SiO层，5为支撑边框，6为Si基底。
具体实施方式
[0024]为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0025]如图1
‑
2所示，硅基底中波红外带空气间隙的胶合棱镜PBS分束膜，结构为：S/aLbHcLdHeLfHgLhHiA/S，其中，S代表Si基底、A代表空气间隙、H代表Ge、L代表SiO，也即按照第一片Si基底到第二片Si基底的顺序：第一﹑三、五、七层是SiO2层，第二、四、六、八层是Ge
层，第九层是Air空气间隙；a
‑
i代表第一层到第八层的四分之一参考波长光学厚度的系数；参考波长为4.5μm，a
‑
i分别为0.27、0.81、0.73﹑0.79﹑0.92﹑0.79、0.73、0.85、0.12。
[0026]aL层的物理厚度为170nm，bH层的物理厚度为230nm，cL层的物理厚度为460nm，dH层的物理厚度为220nm，eL层的物理厚度为580nm，fH层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基底中波红外带空气间隙的棱镜PBS分束膜，其特征在于：其结构为：S/aLbHcLdHeLfHgLhHiA/S，其中，S代表Si基底、A代表空气间隙、H代表Ge、L代表SiO；a
‑
i代表第一层到第八层的四分之一参考波长光学厚度的系数。2.如权利要求1所述的硅基底中波红外带空气间隙的棱镜PBS分束膜，其特征在于：参考波长为4.5μm，a的取值为0.25～0.29，b的取值为0.79～0.83，c的取值为0.71～0.75，d的取值为0.77～0.81，e的取值为0.90～0.94，f的取值为0.77～0.81，g的取值为0.71～0.75，h的取值为0.83～0.87，i的取值为0.1～0.15。3.如权利要求1或2所述的硅基底中波红外带空气间隙的棱镜PBS分束膜，其特征在于：aL层的物理厚度为170
±
20nm，bH层的物理厚度为230
±
20nm，cL层的物理厚度为460
±
30nm，dH层的物理厚度为220
±
20nm，eL层的物理厚度为580
±
50nm，fH层的物理厚度为220
±
20nm，gL层的物理厚度为460
±
30nm，hH层的物理厚度为240
±
20nm，iA层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈佳佳，李全民，王劲，
申请(专利权)人：南京波长光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：