偏振分光膜和消偏振薄膜

光学零件薄膜的分类方法光学零件薄膜是光学器件中重要的组成部分，广泛应用于光学仪器、光电子器件、光通信等领域。

根据其性质和功能的不同，光学零件薄膜可以分为多种类型，下面将从不同的角度对光学零件薄膜进行分类。

一、按照光学性质分类1. 反射膜：反射膜是将光线反射的薄膜，常用于镜片、反射镜等光学器件中。

其主要作用是将光线反射到特定的方向，具有高反射率和低散射率的特点。

2. 透射膜：透射膜是将光线透过的薄膜，常用于滤光器、透镜、光学滤光器等器件中。

透射膜可以根据需要实现特定波长的透射或滤波功能，具有高透射率和低反射率的特点。

3. 偏振膜：偏振膜是具有选择性透射或反射特定偏振方向光线的薄膜，常用于偏振片、偏振镜等器件中。

偏振膜可以将自然光中的非偏振光转化为偏振光，或者将特定偏振方向的光线滤除，具有良好的偏振效果。

二、按照薄膜材料分类1. 金属膜：金属膜是利用金属材料制备的薄膜，常用的金属包括铝、银、镀金等。

金属膜具有良好的导电性和反射性能，广泛应用于反射镜、反射板等光学器件中。

2. 介质膜：介质膜是利用非金属材料制备的薄膜，常用的材料包括二氧化硅、氮化硅、氧化铝等。

介质膜具有良好的光学性能和机械性能，广泛应用于滤光器、透镜、偏振片等光学器件中。

三、按照功能分类1. 抗反射膜：抗反射膜是通过在薄膜表面形成一层或多层特殊结构来减少反射，提高透射率的薄膜。

抗反射膜广泛应用于光学镜片、太阳能电池板等器件中，可以减少光的损失，提高光能利用效率。

2. 增透膜：增透膜是通过在薄膜表面形成一层或多层特殊结构来增加透射，提高透射率的薄膜。

增透膜广泛应用于透镜、显示屏等器件中，可以增强透射光的亮度和清晰度。

3. 分光膜：分光膜是将入射光按照不同波长进行分离的薄膜，常用于光谱仪、分光计等光学仪器中。

分光膜可以根据需要将入射光分为不同的波长，实现光谱分析和光学测量。

四、按照制备方法分类1. 蒸发膜：蒸发膜是利用蒸发技术将材料蒸发沉积在基底上形成的薄膜。

第19卷　第4期强激光与粒子束Vol.19,No.4 2007年4月H IG H POWER LASE R AND PARTIC LE BEAMS A pr.,2007　文章编号:　1001-4322(2007)04-0629-04全介质三波长消偏振平板型分光膜的设计＊王文梁1,2,　熊胜明1,　张云洞1(1.中国科学院光电技术研究所,成都610209;　2.中国科学院研究生院,北京100039) 摘　要:　利用Needle合成法与Co njug ate g radua te精炼法,并基于T helen和Costich的理论选择初始膜系的材料和结构,设计了532,633和1315nm三波长消偏振平板型分光膜。

结果表明,此膜系在(532±10),(633±10)和(1315±10)nm范围内的偏振分离都非常小。

对于532,633和1315nm3个波长位置的消偏振要求,入射角的合理变化范围可以是45±2°。

关键词:　全介质;　三波长;　消偏振;　平板型分光膜 中图分类号:　O484 文献标识码:　A 分光膜是光学仪器中的基本元件,有着广泛的应用。

分光膜一般有两种结构:平板型和胶合棱镜型,入射角是45°。

当分光膜用于光线倾斜入射时,不可避免地会产生偏振效应。

可以利用偏振反应来设计偏振分光膜[1],但在许多实际应用的场合里又希望能够消除偏振效应。

设计与制造消偏振分光膜需要解决材料固有的偏振分离的基本属性。

理想的消偏振分光膜,应该在一个较大的波长范围内,使S偏振光和P偏振光具有相同的反射率和透射率特性,使入射角具有一个合理的范围,而且没有吸收。

金属材料相对于全介质材料,具有比较小的偏振效应。

因此,采用包括金属层的多层膜设计能在较大的波长范围内使S偏振光和P偏振光具有近似相同的特性[2-5],但存在金属材料的强烈吸收。

为解决薄膜的消偏振问题,曾经有过大量的研究工作。

可见光消偏振介质分光薄膜的研制分光膜被广泛应用在各类的光电仪器、激光、光电显示设备和光存储等领域，并在分束镜应用中起到了至关重要的作用。

通常情况下分束镜总是倾斜着使用，它能方便地把入射光分离成反射光和透射光两部分。

在可见光范围内，透射和反射比为50/50的中性分束镜最为常用。

当分光膜用于光线倾斜入射时，不可避免地会产生偏振效应，可以利用偏振效应来设计偏振分光膜。

理想的消偏振分光膜，应该在一个较宽的波段范围内，使S偏振光和P偏振光具有相同的反射率和透射率，使入射角具有一个合理的范围，而且没有吸收。

Doak和Costich较早提出消偏振理论，但是可选择的工作波长和薄膜材料受到限制，而且工作波长和入射角的范围都非常有限，没有达到理想的消偏振效果。

该文利用Global Optimization和Needle合成法，设计并研制了在可见光范围420～680nm波段与40°～50°角度变化的介质消偏振分光膜。

1 膜系设计与材料选择1.1 偏振理论式中和分别为光在入射介质和膜层中的入射角，和分别为入射介质和膜层的折射率。

由此容易看出，（1）式是一个恒大于1的量，因此一个单层膜必然有偏振分离，其中。

对于一个确定的入射角而言入射介质折射率愈高，偏振分离也愈大，因而封闭在胶合棱镜中的膜层的偏振效应更为显著。

当时，，在波长位置将没有偏振分离。

1.2 高低折射率材料的选择在可见光波段常用的高折射率材料有Ta2O5、TiO2、Ti3O5、ZrO2，可选择的低折射率材料有SiO2和MgF2，由于材料折射率的色散强度随波长改变的特点，需要选择合适的镀膜材料，经过实验测试得到几种材料的折射率色散曲线如图1所示。

由图1可知，TiO2的折射率要高于Ta2O5的折射率，通过实验发现Ta2O5材料的镀制工艺没有TiO2稳定，故选择TiO2为高折射率材料。

这里为位相厚度，、分别为高低折射率材料的折射率，当为TiO2、为SiO2时当。

分光膜根据一定的要求和一定的方式把光束分成两部分的薄膜。

分光膜主要包括波长分光膜、光强分光膜和偏振分光膜等几类。

波长分光膜又叫双色分光膜，顾名思义它是按波长区域把光束分成两部分的薄膜。

这种膜可以是一种截止滤光片或带通滤光片，所不同的是，波长分光膜不仅要考虑透过光而且要考虑反射光，二者都要求有一定形状的光谱曲线。

波长分光膜通常在一定入射角下使用，在这种情况下,由于偏振的影响，光谱曲线会发生畸变,为了克服这种影响，必须考虑薄膜的消偏振问题。

光强分光膜是按照一定的光强比把光束分成两部分的薄膜，这种薄光学薄膜膜有时仅考虑某一波长，叫做单色分光膜；有时需要考虑一个光谱区域叫做宽带分光膜；用于可见光的宽带分光膜，又叫做中性分光膜。

这种膜也常在斜入射下应用，由于偏振的影响，二束光的偏振状态可以相差很多,在有些工作中，可以不考虑这种差别,但在另一些工作中（例如某些干涉仪），则要求两束光都是消偏振的，这就需要设计和制备消偏振膜。

偏振分光膜是利用光斜入射时薄膜的偏振效应制成的。

偏振分光膜可以分成棱镜型和平板型两种。

棱镜型偏振膜利用布儒斯特角入射时界面的偏振效应（见光在分界面上的折射和反射）。

当光束总是以布儒斯特角入射到两种材料界面时，则不论薄膜层数有多少，其水平方向振动的反射光总为零，而垂直分量振动的光则随薄膜层数的增加而增加，只要层数足够多，就可以实现透过光束基本是平行方向振动的光，而反射光束基本上是垂直方向振动的光，从而达到偏振分光的目的，由于由空气入射不可能达到两种薄膜材料界面上的布儒斯特角，所以薄膜必须镀在棱镜上，这时入射介质不是空气而是玻璃。

平板型偏振膜主要是利用在斜入射时由电介质反射膜两个偏振分量的反射带带宽的不同而制成的。

一般高反射膜，随着入射角的增大，垂直分量的反射带宽逐渐增大，而平行分量的带宽逐渐减少。

选择垂直分量的高反射区、平行分量的高透过区为工作区则可构成透过平行分量反射垂直分量的偏振膜，这种偏振膜的入射角一般选择在基体的布儒斯特角附近。

第33卷第5期2020年10月大学物理实验PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGEVol.33No.5Oct.2020文章编号：1007-2934(2020)05-0052-04光的偏振综合实验设计邱学军，姚文俊，曹振洲，雷洁梅(中南民族大学电子信息工程学院，湖北武汉430074)摘要：为了推动民族高校大学物理创新实验平台建设，使创新实验更好地服务于民族高校大学物理理论和实验教学，设计了光的偏振综合实验平台。

其实验内容分为四个部分:线偏振光的产生和1/2波片的使用、圆偏振光的产生和1/4波片的使用、偏振分光棱镜和消偏振分光棱镜的使用以及光学偏振隔离器的设计。

通过该综合实验平台，不仅可以加深学生对光的偏振和光器件的系统认识,而且可以提高学生的动手能力和创新思维。

关键词：线偏振光;圆偏振光;波片;偏振分光棱镜中图分类号：G642；O436文献标志码：A DOI：10.14139/22-1228.2020.05.012大学物理是高校理工科各专业学生的一门重要的公共基础必修课，该课程所教授的基本概念,思想和方法是学生科学素养的重要组成部分，是培养学生成为合格科技工作者和工程技术人员的必备因素［1-4］o大学物理以实验为基础，通过实验,不仅可以帮助学生理解理论知识，改善理论课教学质量,而且可以培养学生的动手能力和创新思维，激发学生学习兴趣［5-10］o尽管如此，目前的大学物理实验，针对单个知识点的验证性实验的比例较大，而涉及综合知识应用的实验偏少［11］，这在一定程度上使学生对所学知识无法形成系统性,全面性的认识,造成学生思维模式的固化和创新能力的缺失。

不仅如此,在民族高校中，以我校(中南民族大学)为例，目前开设的光学实验主要包括分光计的调节和使用、双棱镜干涉测光波波长以及氢原子光谱,这些实验不仅难度大,而且不易操作，加之我校少数民族学生居多,实验技能差异性较大，许多学生基本上是在老师的“手把手操作”下才能完成,这极大束缚了学生的动手能力和创新思维的发展，效果微乎其微。

偏振分光介质膜概述及解释说明1. 引言1.1 概述随着科学技术的不断进步，人们对于光学器件的需求越来越高。

偏振分光介质膜作为一种重要的光学材料，在现代光学领域得到了广泛的应用。

它具有对特定方向的光进行选择性传递或反射的特点，使其在偏振光学、光通信、生物医学等多个领域发挥了重要作用。

1.2 文章结构本文将首先介绍偏振分光介质膜的定义和原理，在第二部分中我们会详细解释偏振现象，并探讨分光介质膜是如何实现对特定方向光的选择性传递或反射的。

接下来，我们将探讨偏振分光介质膜在不同领域中的应用，包括在光学器件中的应用、光通信领域以及生物医学中的应用。

然后，我们将会介绍常见的偏振分光介质膜材料以及制备方法，根据材料类型划分为金属基、非金属无机基和有机高分子基三个部分。

最后，在结论部分，我们会对偏振分光介质膜进行总结，并展望其未来的发展方向。

1.3 目的本文的目的在于全面介绍和说明偏振分光介质膜的相关知识。

通过文章的阐述，读者将能够了解该材料的定义、原理以及工作方式，掌握它在不同领域中的应用，并获得常见材料和制备方法的知识。

希望读者通过本文的阅读，能够对偏振分光介质膜有一个整体而深入的理解，并为其未来发展提供一定的参考。

2. 偏振分光介质膜的定义和原理:2.1 偏振现象简介:偏振是指光波在传播方向上的电矢量或磁矢量有规律地起伏变化。

自然光中的光波沿着各个方向传播，电磁场随机变化，因此不具备固定的偏振性质。

而偏振光则是一种具有特定传播方向和振动平面的光波。

偏振光可通过一些器件（如偏振片）进行选择性地去除或保留特定方向上的电场振动分量。

2.2 分光介质膜的概念解释:分光介质膜是一种能够选择性地改变入射光线偏振状态或频谱分布的薄膜材料。

它被广泛应用于光学器件、光通信以及生物医学等领域。

分光介质膜通常由多层复合薄膜构成，每一层都具有不同的折射率和厚度，并且其设计与制备过程需要考虑入射角度、工作波长以及所需偏振状态等因素。

薄膜偏振分光片tfp的原理
薄膜偏振分光片TFP的原理
薄膜偏振分光片(Thin Film Polarizer,TFP)是一种利用薄膜干涉原理制成的光学元件,主要用于产生线性偏振光。

其工作原理基于折射率各向异性的薄膜材料,通过多层膜的干涉效应,使入射光产生强烈的偏振效果。

1. 结构和材料:
TFP通常由多层高低折射率材料交替堆叠而成,常用材料包括二氧化硅(SiO2)和钛酸钡(BaTiO3)等。

这些材料具有各向异性特性,即不同晶体方向折射率不同。

2. 光的干涉和偏振:
当无偏振的自然光垂直入射到TFP表面时,由于膜层材料的折射率各向异性,光线在垂直和平行方向的传播速率不同。

垂直和平行分量在各膜层界面发生多次反射和干涉,最终导致垂直分量被有效抑制,而平行分量被增强。

这种干涉效应产生了线性偏振光。

3. 设计和优化:
TFP的性能主要取决于膜层材料的选择、膜层数量、厚度以及堆叠顺序。

通过精心设计和优化,可以实现高透射率、高偏振度、宽工作波长范围等优异性能。

4. 应用:
TFP广泛应用于液晶显示器、光纤通信、光学仪器、激光技术等领域,用于产生线性偏振光或分析偏振光状态。

它具有体积小、重量轻、成本低、环境稳定性好等优点。

薄膜偏振分光片TFP利用薄膜干涉原理,通过精心设计的多层膜结构,实现了高效的线性偏振效果,为光学系统提供了重要的偏振光源或分析元件。