[发明专利]双折射薄膜反射式位相延迟片

说明书

技术领域

本发明涉及位相片，特别是一种双折射薄膜反射式位相延迟片。

背景技术

激光以其单色性好、相干长度长、能量密度高、方向性好等优点，在激光加工、医疗等国民经济和前沿科学研究领域有着广泛的应用需求；在空间通信、激光雷达等需求方面更有着重大应用潜力。激光系统包含着大量光学元件，实现激光的产生、放大以及激光光束的折转、偏振等功能。其中位相延迟片是一种在激光系统中大量使用的光学元件，是一种重要的偏振光调制器件，以此实现入射激光光束两种偏振光位相差的调节。同时，与其它光学偏振器件组合成一个系统光路，可以实现各类偏振态之间的相互转化或偏振面的旋转。

传统的位相延迟片或者使用各类各向异性材料，如液晶（参见CN1078049A，CN102707362A），非环状烯烃单体-环状烯烃单体-芳香族乙烯基单体构成的高分子聚合物（参见CN1385718A），烯烃-环烯烃-芳香族乙烯基聚合物（参见CN1713045A），亚波长光栅对（参见CN101762842A），双折射晶体材料（参见CN102383808A，CN102508328A），锆钛酸铅镧电光陶瓷材料（参见CN102722041A）及色散元件-楔形双折射波片-色散元件构成位相延迟片（参见CN102508364A），位相延迟光纤（参见CN2791666Y）等，但以上设计均为基于材料的本征各向异性，且只能作为透射类元件。或者使用各向同性薄膜在倾斜入射下的偏振分离效应设计位相延迟器件，如CN201166717Y，借助与两个薄膜型位相延迟薄膜，两个光学调整架以及一个精密调整平台可以实现可调的位相延迟功能，虽然此类设计是反射型位相延迟器件，但需要多个部件组合在一起才能实现相应的位相延迟功能，系统设计较为复杂。因此，发明一种简易可行，易于实现的反射式位相延迟片具有强烈的应用需求，而且提供一种新的反射式位相延迟片的设计方法也是很有必要的。据我们所知，到目前为止还没有人针对用各向异性双折射薄膜材料来设计反射式位相延迟器件。

发明内容

本发明的目的是提供一种双折射薄膜反射式位相延迟片，该位相延迟片在光波正入射条件下TE和TM两种偏振态光波偏振分离，且两种偏振态光波在工作波长范围内均具有很高的反射率及特定的反射位相差，同时，该位相延迟片反射位相差的通过调节Ta₂O₅双轴双折射薄膜层的厚度来实现，因而具有很高的设计灵活性。

为了实现这一目的，本发明的技术解决方案如下：

一种双折射薄膜反射式位相延迟片，其特点在于是由基底上依次镀制的高反射膜和Ta₂O₅双轴双折射薄膜层一体构成，所述的高反射膜的结构为(HL)^xH，其中H为高折射率层，L为低折射率膜层，x为高折射率层和低折射率膜层重复的次数，所述的高反射膜的最外层为高折射率层，每一膜层的光学厚度为四分之一使用波长λ，所述的Ta₂O₅双轴双折射薄膜层的光学厚度决定该双折射薄膜反射式位相延迟片的反射位相延迟量。

所述的Ta₂O₅双轴双折射薄膜层采用倾斜沉积技术制备，Ta₂O₅材料利用电子束蒸发方式加热后沉积在所述的高反射膜上，所述的基片的法线相对于蒸发源的倾斜角度为60°，在镀制Ta₂O₅双轴双折射薄膜层时，氧气纯度大于99.999%，充入量为20sccm，Ta₂O₅沉积速率为0.4nm/s。

所述的基底为玻璃。

所述的Ta₂O₅双轴双折射薄膜层的光学厚度由需要的反射位相延迟量来调节，增加双折射薄膜层的光学厚度，相位延迟量增加，反之，相位延迟量减少。

本发明的依据如下：

图1为本发明双折射薄膜反射式位相延迟片的截面结构示意图。各向异性纳米尺度的微结构能够对入射光波产生明显的各向异性调制，出现类似于晶体中的双折射特性。当双折射薄膜的两个折射率主轴方向位于薄膜的入射面内时，即薄膜的主截面与主平面重合，入射光波在双折射薄膜内传输时两种偏振态光波不发生耦合，在薄膜内部独立传输：

入射的s分量光波的传输行为与各向同性介质中寻常光波（o光）的传输相同，只由薄膜的主轴折射率n₃及薄膜厚度d决定，出射光波完全为s偏振态，正入射时s偏振入射光波折射率为：