阅读说明：本技术 一种宽角度内反保偏膜元器件的设计及其制备 (Design and preparation of wide-angle internal reflection polarization-maintaining film component ) 是由 黄文华 马新建 吴先云 廖洪平 *** 张星 陈伟 于 2019-10-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种(1260-1750)nm宽角度内反保偏膜元器件的设计及其制备。本发明的目的在于提供一种宽角度入射时,在光纤通信全波段(1260-1750)nm范围内实现大于98%的内反射率,同时保持出入射光偏振位相差不变的光学元器件；它包括一个等腰直角棱镜(1)、出入射面增透膜(2)、内反保偏膜(3)。本发明具有简易的结构设计、易于制备、使用方便等优势。(The invention relates to a design and a preparation of a (1260-1750) nm wide-angle internal reflection polarization-maintaining film component. The invention aims to provide an optical component which realizes the internal reflectivity of more than 98 percent in the range of 1260-; the reflection type prism comprises an isosceles right-angle prism (1), an antireflection film (2) on an incident surface and an internal reflection polarization-maintaining film (3). The invention has the advantages of simple structure design, easy preparation, convenient use and the like.)

一种宽角度内反保偏膜元器件的设计及其制备

技术领域

一种（1260-1750）nm宽角度内反保偏膜元器件的设计及其制备。

背景技术

根据麦克斯韦方程组理论可知，当光波通过介质界面时，其光学性能参数不可避免会产生突变，结果将导致光波场的重新建立。这点在反射光的相位变化上表现尤为突出。从菲涅耳公式推导可知，当光波由光疏介质入射到光密介质时，随入射角度变化，在布儒斯特角时，P偏振分量会有一次位相突变，而S偏振分量保持不变；而当光波由光密介质入射到光疏介质时，P偏振分量不仅会在布儒斯特角时，有一次突变，还会在全反射临界角时，有一次跃变；同时S偏振分量也会在全反射临界角有一次跃变。这样在需要改变光路时，难免需要对出入射光进行偏振态修正；特别是在需要宽角度宽波段应用时，需要增加更多的元器件，并由此带来不必要的光通量损耗。

保偏膜元器件是一种重要的光路设计元器件，可消除因斜入射时带来偏振位相差的影响，有很强的实用性和强烈的市场应用需求。已见报道的有：在单角度入射下，用单层介质膜实现单波长出入射偏振位相差不变的元器件。但宽波长宽角度的保偏膜元器件，特别是包括全反角的高反保偏膜，未见有详细介绍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽波段宽角度内反保偏膜元器件，旨在能使该元器件应用于光纤通信全波段，并且在±8°宽角度范围内（包括光束全反角在内）都保持出入射光的偏振位相差不变；同时本发明能有效降低膜系设计难度，减少加工成本，易于制备；此外本发明还是一种膜层牢固度好、反射率较高的内反保偏棱镜。其工作波段为覆盖光纤通信全波段的（1260-1750）nm，反射率均大于98%，且S偏振和P偏振的位相差控制在±2°范围内。

本发明是这样实现的：一种（1260-1750）nm宽角度内反保偏膜元器件，由一个等腰直角棱镜（1）、出入射面增透膜（2）、内反保偏膜（3）组成；所述内反保偏膜由Ag、SiO2、Ta2O5三种不同膜料采用不同膜层厚度的5层薄膜组成，该5层薄膜的膜层从空气到等腰直角棱镜（1）依次为：第1层，SiO2膜层（11）、第2层，Ag膜层（12）、第3层，SiO2膜层（13）、第4层，Ta2O5膜层（12）、第5层，SiO2膜层（13）。

本发明的优点在于：

①选择合适的镀膜材料和镀制工艺；设计足够容差便于控制的膜层结构，选用与基片材料结合力强的SiO2膜层作为打底层，选择偏振分离较小的金属Ag膜来保证出入射光的位相差基本不变以及提供高反射率，最后用SiO2膜层作为Ag膜的保护层，来提高膜层的整体损伤阈值。

②本发明提供的一种（1260-1750）nm宽角度内反保偏膜元器件，相比单波段单角度内反保偏元器件，具体波度宽，角度大，敏感度小等优点，适用范围更广。

附图说明

图1 为本发明所提供一种（1260-1750）nm宽角度内反保偏膜元器件的结构示意图；

图2为本发明所提供一种（1260-1750）nm宽角度内反保偏膜元器件的保偏膜层结构示意图；

图3 为本发明保偏膜37°反射率光谱图；

图4 为本发明保偏膜37°位相差光谱图；

图5为本发明保偏膜45°反射率光谱图；

图6 为本发明保偏膜45°位相差光谱图；

图7 为本发明保偏膜53°反射率光谱图；

图8 为本发明保偏膜53°位相差光谱图；

标号说明：1- 玻璃基底，2- 保偏膜，11- SiO2膜层，12-Ag膜层，13-SiO2膜层，14-Ta2O5膜层，15-SiO2膜层（13）。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明内容进行详细说明：

如图1 所示为本发明提供的一种（1260-1750）nm宽角度内反保偏膜元器件的结构示意图，为一种等腰直角棱镜，可实现对称锥光束输出。

如图2所示为本发明提供的一种（1260-1750）nm宽角度内反保偏膜元器件的膜层结构示意图，它由Ag、SiO2、Ta2O5三种不同膜料采用不同膜层厚度的5层薄膜组成。该5层薄膜的膜层从空气到等腰直角棱镜（1）依次为：第1层，SiO2膜层（11）厚度为40-70nm、第2层，Ag膜层（12）120-130nm、第3层，SiO2膜层（11）255-265nm、第4层，Ta2O5膜层（13）28 -35nm、第5层，SiO2膜层（11）95-105nm。

所述的玻璃器件结构为等腰直角棱镜；

所述的玻璃基材为K9；

本发明制备方法的具体步骤为：

①准备玻璃基材；

②选择Ag、SiO2、Ta2O5作为镀膜材料；

③清洗玻璃基材表面：将抛光好的玻璃基材，放入超声波清洗机进行清洗，然后烘干，上装夹具再放入镀膜机；

④抽真空，使得本底真空度达到2*10-3Pa；

⑤开起工件盘转动，把公转速度控制在20-25r/min。

⑥ 使用霍尔离子源对玻璃基材进行刻蚀5-10分钟，把离子束电压控制在100-150V，离子束电流控制在3-5A。

⑦在完成步骤⑥对玻璃基材表面刻蚀后，依照距离玻璃基材从近至远依次交替使用霍尔离子源辅助电子束蒸发法沉积SiO2、Ta2O5膜层，但用钼舟蒸发银时，不用离子源辅助；

⑧ 在完成步骤⑦的过程中，镀制各个SiO2膜层时，控制沉积速率为0 .5-0 .8nm/s，充氧量为15-25sccm，离子束电压为100-150V，离子束电流为4-6A；

蒸发Ag膜层时，控制沉积速率为0 .4-0 .7nm/s；

镀制Ta2O5膜层时，控制沉积速率为0 .2-0 .4nm/s，充氧量为15-25sccm，离子束电压为100-150V，离子束电流为4-6A；

如图3所示，为本发明制备的一种（1260-1750）nm宽角度内反保偏膜元器件37°反射率光谱图；从图中可以看出，在（1260-1750）nm范围内反射率都大于98%。

如图4所示，为本发明制备的一种（1260-1750）nm宽角度内反保偏膜元器件37°反射率光谱图；从图中可以看出，在（1260-1750）nm范围内位相差均在180+/-2°范围内，保偏效果好。

如图5所示，为本发明制备的一种（1260-1750）nm宽角度内反保偏膜元器件45°反射率光谱图；从图中可以看出，在（1260-1750）nm范围内反射率都大于98%。

如图6所示，为本发明制备的一种（1260-1750）nm宽角度内反保偏膜元器件45°反射率光谱图；从图中可以看出，在（1260-1750）nm范围内位相差均在180+/-2°范围内，保偏效果好。

如图7所示，为本发明制备的一种（1260-1750）nm宽角度内反保偏膜元器件53°反射率光谱图；从图中可以看出，在（1260-1750）nm范围内反射率都大于98%。

如图8所示，为本发明制备的一种（1260-1750）nm宽角度内反保偏膜元器件53°反射率光谱图；从图中可以看出，在（1260-1750）nm范围内位相差均在180+/-2°范围内，保偏效果好。

上述具体实时只是对BK7材料的（1260-1750）nm作为技术方案进行详细解释，本发明不仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理得到任何改进和替换，均应在本发明的保护范围之内。