全介质宽波段消偏振分光镜

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1、维普资讯http://www.cqvip.com／北京理工大学学报第11卷第4期Journalof脚gInstituteofTechnologyVo1．11No．41991全介质宽波段消偏振分光镜林永昌江绍基卢维强丁纠7牛(工程光学系)(中山大学)(工程光学系)Ct}，摘要：应用受抑全反射原理提出了一种全介质宽波段消偏振分光镜的设计方法．推导了获得消偏振的条件和获取各种分光比消偏振分光镜的设计结论．实验证实了理论的正确性．受抑全反射露埋谭计日i季瘊五关键词：／翌堡；I’‘分类号：0484．8膜系的消偏振

2、是一个困难的课题这是由于在斜入射情况下薄膜对s光和P光的光学导纳不等，它们分别是1=n1o0s日l(1a1qls一．cos0f1．b1式中：n．是薄膜折射率，日．是光线在膜层中的折射角．因此偏振分离An为An=1P／qls=1／∞s2()】(2)对一个单层膜来说，在一般情况下，△是一个大于1的量，所以’对于一个确定的入射角00，入射介质折射率n越高，偏振分离也越大，因此棱镜分光镜偏振效应更为显著．，．、一、An：11一Tn0an％1(3)＼／为此，在分光棱镜中提出了一些新的棱镜结构形式[】一，其根本目的

3、在于减小光线在棱镜中入射至分光膜层上的入射角，以减小分光膜的偏振效应．就分光膜本身而言，为消除偏振，曾提出过利用消偏振的入射介质、膜层和基片组合实现消偏振分光的设计IjJ_和利用消偏振的^／4膜堆实现消偏振分光的设计】，但是在全介质膜领域内，它们都只能对单一波长实现消偏振，或者只是在一个窄波段内实现消偏振，无法做到在宽波段内消偏振．为此，在我们实验室里首先提出了一种利用金属膜和介质膜组合实现宽波段消偏振分光镜的设计和工艺f5l，在国内解决了宽波段消偏振分光镜的理论、设计和工艺问题．但是用全介质膜达到在宽

4、波段内的消偏振仍然是人们十分关心的一个课题．本文为此提出了一种用受抑全反射的原理设计全介质宽波段消偏振分光镜的理论．设计和工艺1991年4月8日收稿维普资讯http://www.cqvip.com第4期林永昌等：全介质宽嫂段消偏振分光镜l原理在斜入射时由于入射光的分量和P分量在膜层界面上的光学导纳不等，因而在界面上二个分量的反射系数(及透射系数)不等，从而造成光的偏振效应：随着入射角增大，偏振效应加剧，当入射角等于布儒斯特角时，偏振效应最大．这时继续增大入射角，我们发现，当入射角等于或大于全反射临界角时

5、，分量和P分量的反射系数其模都恒等于1，若使两者的相移相匹配，r就可减小偏振，甚至达到消偏振．但是我们的目的是要得到一定透反比的消偏振分光膜，而不是全反射膜．为此，我们这样l讣光棱镜设计分光棱镜：取棱镜折射率大于分光膜折射率，设第一块入射棱镜的折射率为n。，第-j&出射棱镜的折射率为，分光膜的折射率为(见囝1)，于是no>nI，?I2>nI，一般情况下我们取0=2，这样，光线在玻璃和膜层界面上在入射角等于或大于全反射临界角时发生全反射现象，但是，当膜层厚度足够小时，全反射现象消失，发生了部分透射和部分反

6、射现象，这种部分透射和部分反射是由于膜层的特殊干涉作用(受抑全反射)引起的，称这时的膜层为受抑全反射膜，膜层反射系数的二个分量值分别为(1一bs)出一J(Cs一)sh．一(4)(1+6)一j(cs+sh(1一bp)曲一一dp)sh．一(5)一『=面式中一丁n2cosO2一0cos∞s丽n2D．ap=一D=sin一)”=2ⅡD式㈤和(5)膜的平方ll，IrPl不再恒等于1：当dl》^时，lllrPl1这时发生全反射当dt≤z时，lrd<1，ll<1，全反射受到抑制，这时在第二块棱镜中有透射光．根据式(4)

7、和(5)，单层受抑全反射膜的反射率为=二：±二：：(6)(1+b~ch+(+以sh(1—6出+一dsh=(7)(1+6+(cv+de)2sh由于是全介质膜，膜层无吸收，透射率是反射率的补数，因此维普资讯http://www.cqvip.com北京理工大学学报第ll卷l_=cos82=(8)式中是在0o=0~时的透射率．在一般条件下，我们取n0=，于是=吼，式(6)和(7)可以化简成一而(【9)一I_(【1Io】J当入射角超过全反射临界角不远时D=sinOo—n)Ⅲ《1又：／不太大时，d，<^，有6=D《

8、l^所以sh《1，而对任意恒有曲≥1，为此，公式(9)和(1O)可以近似简化为⋯)(12)为得到消偏振，要使Rs=R，因此从式(11)和(12)得到消偏振的条件是(一以)z=一)z·，由于一以<0，一>O，所以消偏振时下式应成立一c一(13)．解上式得=争(4】式中n=1／n。(15)满足式(14)的光线入射角为分光棱镜消偏振的光线入射角，并记为02设计结论①根据式(14)，分光棱镜的消偏振入射角只与棱镜材料和薄膜折射率有关．在整个可见光区