[发明专利]一种硅基底中波红外带空气间隙的棱镜PBS分束膜

说明书

本发明公开了一种硅基底中波红外带空气间隙的棱镜PBS分束膜，其结构为：S/aLbHcLdHeLfHgLhHiA/S，其中，S代表Si基底、A代表空气间隙、H代表Ge、L代表SiO；a‑i代表第一层到第八层的四分之一参考波长光学厚度的系数。本发明提供一种硅基底中波红外带空气间隙的棱镜PBS分束膜，采用无胶胶合的方法，避免了胶体对通光孔径内光学指标的影响；耐水性好，膜层持久、稳定，透射率高。

技术领域

本发明涉及一种硅基底中波红外带空气间隙的棱镜PBS分束膜，属于光学薄膜技术领域。

背景技术

PBS偏振分光棱镜是能把入射的非偏振光分离成两束互相垂直的线偏光的光学元器件，其中P光能完全通过，S光则被反射。该元器件是在棱镜的斜面镀制PBS分光膜，并由两个直角棱镜胶合形成的。

PBS偏振分光棱镜几乎还处在国外垄断阶段，国内工艺还不成熟，且一般也都是采用胶体胶合，胶体的折射率会影响光学指标，使得消光比达不到或者透过率达不到；且膜层容易吸湿，耐久性和稳定性较差，透射率低。

发明内容

本发明提供一种硅基底中波红外带空气间隙的棱镜PBS分束膜，采用无胶胶合的方法，避免了胶体对通光孔径内光学指标的影响；耐水性好，膜层持久、稳定，透射率高，大于98.5％。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种硅基底中波红外带空气间隙的棱镜PBS分束膜，其结构为：S/aLbHcLdHeLfHgLhHiA/S，其中，S代表Si基底、A代表空气间隙、H代表Ge、L代表SiO；a--i代表第一层到第八层的四分之一参考波长光学厚度的系数。

本申请经过对不同方案膜系的设计和优化比较，最终得到了9层的膜层结构：Si基底/SiO/Ge/SiO/Ge/SiO/Ge/SiO/Ge/Air(SiO₂)/Si基底，即从第一片Si基底到第二片Si基底的顺序：第一﹑三、五、七层是SiO层，第二、四、六、八层是Ge层，第九层是Air空气间隙层(支撑边框采用SiO₂制备，支撑边框内侧为Air空气间隙)。

发明人经研究发现，若采用氟化物与本申请膜层搭配，则膜层微观结构容易出现多孔柱状，质地软，且容易吸收水汽，导致元器件的耐久性变差；通过交替镀制SiO(低折射率材料)与Ge(高折射率材料)，同时空气间隙采用SiO₂镀制支撑边框，采用空气间隙作为等效膜层，得到了在中红外范围内的吸收系数小、透射率高的膜系结构，提高了光学性能和膜层稳定性。

为了进一步兼顾膜层的光学性能和机械性能，参考波长为4.5μm，a的取值为0.25～0.29，b的取值为0.79～0.83，c的取值为0.71～0.75，d的取值为0.77～0.81，e的取值为0.90～0.94，f的取值为0.77～0.81，g的取值为0.71～0.75，h的取值为0.83～0.87，i的取值为0.1～0.15。

进一步优选，aL层的物理厚度为170±20nm，bH层的物理厚度为230±20nm，cL层的物理厚度为460±30nm，dH层的物理厚度为220±20nm，eL层的物理厚度为580±50nm，fH层的物理厚度为220±20nm，gL层的物理厚度为460±30nm，hH层的物理厚度为240±20nm，iA层的物理厚度为140±10nm。aL层的物理厚度指aL对应位置膜层的物理厚度，其余各层的含义类似。

上述Si基底有结构相同的两块，两块Si基底靠合在一起，分束膜设在两块Si基底之间，分束膜的厚度方向上无胶体层，彻底避免了胶体层对光学性能的影响。