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1、收稿日期:2003-05-12. 基金项目:上海应用物理研究中心基金资助项目(00JC14029);复旦大学青年基金资助项目(EX12357)·光电器件新型红外反射式偏振器的设计与研制张荣君,周 鹏,李 莉,王松有,陈良尧(复旦大学光科学与工程系,上海200433)摘 要: 常用的反射偏振器是利用Brewster角原理,由被抛光的介质基底表面及透明或吸收基底镀以薄膜而组成。文章给出了一种在红外区直接在Si晶体表面应用Brewster角原理使P分量反射后受到抑制,从而得到S分量反射的新型红外偏振器的设计与研制实例,并对其性能做了简单的物理
2、测量。关键词: 偏振光;红外偏振器;布儒斯特角;反射偏振器中图分类号:TN929 文献标识码: A 文章编号: 1001-5868(2003)06-0399-03DesignandFabricationofaNovelInfraredReflectionPolarizerZHANGRong-jun,ZHOUPeng,LILi,WANGSong-you,CHENLiang-yao(DepartmentofOpticalScienceandEngineering,FudanUniversity,Shanghai200433,CHN)Abstract
3、: Aconventionalpolarizeriscomposedofapolisheddielectricsubstrateand/oracoatedtransparentorabsorptionsubstratebasedonBrewsterreflectiontheory.Inthispaper,anewtypeofreflectionpolarizerisintroduced,whichisdirectlymadewiththeSisurfaceintheinfraredregion.Asaresult,apolarizerwithS
4、componentreflectionrestrainedPcomponentreflectionisobtained.Thephysicalcharacteristicsofthisnewpolarizeraregiven.Keywords: polarizedlight;infraredpolarizer;Brewsterangle;reflectivepolarizer1 引言在许多红外光谱学测量中,常常需要用到红外偏振器来满足实验条件。比如,在使用旋转偏振器类型的椭圆光谱测量中[1],需要对各种材料的椭偏参量ψ和Δ进行精确测量,来获得材
5、料的复介电函数和其他光学常数,进一步由此研究材料的光学性质和应用。一个良好性能的偏振器还有助于利用椭偏术更好地研究处于各种不同环境中的半导体表面及金属表面的氧化问题。同样,在材料的表面以及微电子学研究中也广泛地用到椭偏光谱学的方法。2 工作原理应用半导体材料作为基底利用Brewster角原理构成反射偏振器已有报道[2]。另一种最简单的反射偏振器是在基底镀以透明的薄膜而构成。这种反射偏振器工作的机理是在薄膜中对于某一种偏振分量相消干涉的结果,或至少是部分相消干涉的结果。当P分量被抑制时,未被抑制的S分量达到较高的反射率。应用介质基底的这种类型的偏
6、振器,如利用镀于玻璃上的TiO2薄膜等。我们采用了一个在红外区直接在Si晶体表面应用Brewster角原理使P分量反射后受到抑制,从而得到S分量反射的新型红外偏振器。根据Brewster角反射原理,当光以Brewster角φB入射到界面时,φB=tan-1n,式中n是基底的折射率。P偏振分量在反射光中被抑制,而S偏振分量的反射率可由下式给出[3]:Rs=n2-1n2+12(1)在红外区,Si和Ge这样的半导体材料变为透明并且具有必要的高折射率值[2]。Ge在红外光谱范围(2·399·《半导体光电》2003年第24卷第6期张荣君等: 新型红外反射
7、式偏振器的设计与研制000~13000nm)折射率n=4,由公式φB=tan-1n知φB=75.96°,Rs=77·85%。利用Ge晶体作为反射偏振核心部件的文章已有报道[4]。但由于Ge单晶的表面性质不够稳定,所以我们不采用Ge晶体。经实验测量Si在红外区域的折射率如图1所示[1],Si在1~20μm波段红外区折射率约为3.43,由上述公式可以计算得φB=73.70°,Rs=70·98%(λ=6000nm),能够满足大部分的实验需要。由图1可知,根据Brewster原理,所设计的偏振器可适用在很宽红外波长范围内,对于S光反射率保持在69.2%
8、~72.1%。对于空气和Si界面,p偏振与s偏振的强度反射率Rp和Rs随入射角φ的变化可以用图2来表示[5]。由图2可知,入射角在76.13°时,φp
