[发明专利]一种可见光、激光与中红外波段全介质薄膜分色元件及设计方法

摘要

本发明属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种可见光波段(0.6～0.9μm)和激光波段(1.06μm)反射、中红外波段(3.0～5.0μm)透射的全介质薄膜分色元件及设计方法。本发明提出的分色元件及设计方法，按照可见光与激光反射、红外透射的方法进行分光，与传统的介质‑金属‑介质膜系结构不同，在硅材料基底上采用全介质薄膜材料设计，可见光波段与激光的平均分光效率达到98％以上，中红外波段的平均分光效率达到97％以上。

主权项

1.一种可见光、激光与中红外波段全介质薄膜分色元件的设计方法，可见光波段为0.6‑0.9μm，激光波段为1.06μm，中红外波段为3.0‑5.0μm，其特征在于，所述设计方法包括如下步骤：所述分色元件包括相互平行的第一表面和第二表面；所述第一表面具有可见光和激光波长反射、中红外波长透射的光学多层膜，所述第二表面具有中红外波长透射的减反射薄膜；选定参考波长λ₀为0.9μm，单位光学厚度为λ₀/4；选择基底Sub材料为Si；选择所述第一表面的高折射率材料H为Si，低折射率材料L为SiO₂；选择所述第二表面的高折射率材料H’为Ge，低折射率材料L’为YF₃，中折射率材料M为ZnS；将所述第一表面的初始膜系结构设计为如下结构：Sub|0.6(0.5H 1L 0.5H)^40.8(0.5H 1L 0.5H)^4(0.5H 1L 0.5H)^4|Air其中，Sub代表基底，Air代表空气；设定所述第一表面的初始膜系结构在波长范围λ₀±0.3μm波段的反射率为最大值，3.0～5.0μm波段的透过率为最大值；对所述第一表面的初始膜系结构进行优化，膜系结构优化后为如下结构：Sub|x₁Hx₂Lx₃H x₄L……x₂₃H x₂₄Lx₂₅H|Air其中，x₁～x₂₅分别为每层薄膜的光学厚度系数，其中0<x_i<6；将所述第二表面的初始膜系结构设计为如下结构：Sub|8.0H’0.3L’2.2H’1.8L’1.6M|Air设定所述第二表面的初始膜系结构在波长范围3.0～5.0μm波段的透过率为最大值，对所述第二表面的初始膜系结构进行优化，膜系结构优化后为如下结构：Sub|y₁H’y₂L’y₃H’y₄L’y₅M|Air其中，y₁～y₅为每层薄膜的光学厚度系数，其中0<y_i<8；所述分色元件的最终结构为：Air|x₂₅H x₂₄Lx₂₃H……x₄L x₃H x₂Lx₁H|Sub|y₁H’y₂L’y₃H’y₄L’y₅M|Air所述分色元件的工作角度为45°。