[發明專利]一種全向消偏振介質薄膜激光反射鏡及設計方法

有效

• 申請號: 201710694575.1
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107315210B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 劉華松;王利栓;楊霄;李士達;姜承慧;季一勤
• 申請（專利權）人: 天津津航技術物理研究所
• 主分類號: G02B5/08
• 分類號: G02B5/08
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 祁恒

本發明屬于光學薄膜技術領域，具體涉及一種具有全向入射角度的消偏振介質薄膜激光反射鏡及設計方法。本發明提出的全向消偏振介質薄膜激光反射鏡，使用高折射率和低折射率兩種薄膜材料交替的組合方式，考慮到入射波長對于折射率的影響，對膜系結構的光學厚度系數矩陣進行多次修正，并經過薄膜設計軟件對膜系結構進行全數值優化，最終能夠獲得入射角0?90°范圍內，最小反射率大于99.88％的全向反射薄膜，并且兩個偏振的反射率差最大為0.1％，使得該膜系具有較高的應用價值。

技術領域

本發明屬于光學薄膜技術領域，具體涉及一種具有全向入射角度的消偏振介質薄膜激光反射鏡及設計方法。

背景技術

激光技術在民用和軍用領域已經得到廣泛的應用，基于激光的成像與探測技術是現代光電成像與探測技術的重要分支之一。激光偏振測試是近年來發展起來的新型技術，已經覆蓋到激光雷達、激光通信和激光引信等領域。偏振成像可以增加目標的信息量，通過測量得到目標散射的激光偏振強度、偏振度和偏振角等信息。因此，在目標探測與識別技術應用中具有較高的軍事意義和科學意義。

在激光成像與探測系統中，激光發射的回波信號通過掃描反射鏡進入信號接收系統中，因此掃描反射鏡是該系統中重要的元件之一。掃描反射鏡需要解決兩個問題：1)對偏振光的反射率足夠高；2)反射鏡滿足耐摩擦、耐腐蝕等環境適應性。基于上述兩點要求，目前常用的金屬薄膜反射鏡，諸如Al、Au和Ag等，其反射率達到96％以上；在金屬薄膜表面加上保護膜，也可以應對第二個要求。盡管如此，為了提高回波信號的探測概率，需要進一步提高反射鏡的反射率和表面的環境適應性。因此，基于全介質薄膜的全向反射鏡則是解決上述兩個問題的關鍵。

1998年，Fink等人基于光子晶體的概念提出全向反射鏡的方法，展示了由9對Ps/Te構成的全向反射鏡，覆蓋波長范圍10-15μm。1999年，Chen等人利用溶膠凝膠的方法制備一個6對的TiO₂/SiO₂全向反射鏡，在近紅外波長具有70nm的帶寬。Chigrin等人提出了一個19層Na₃AlF₆/ZnSe結構的全向反射鏡，波長范圍為604.3-638.4nm。2001年，B.Gallas等人設計了Si/SiO₂組合的全向反射鏡。國內的同濟大學、浙江大學等單位均開展了基于光子晶體的全向反射鏡設計與實驗研究工作，實驗中大多用的是硒化鋅(ZnSe)和冰晶石(Na₃AIF₆)兩種材料。美國3M公司根據一維光子晶體的設計思想，用高分子聚合物材料制作了全向反射鏡，在正入射時的反射帶可覆蓋整個可見光區和近紅外區，在0-90°入射角范圍內，在400-415nm和775-1020nm兩個波長范圍，反射率均可達到98％以上，在應用中取得良好效果。

盡管如此，基于激光偏振成像與探測技術的發展需求，在消偏振的高反射需求上，上述研究成果并未對偏振特性進行深入分析。因此，本發明提供了一種全向消偏振激光介質薄膜反射鏡，可實現0-90°全向反射，S和P偏振反射率差值在0.1％。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明提出一種全向消偏振介質薄膜激光反射鏡及設計方法，以解決如何在石英基底上實現0-90°入射角范圍內，S和P偏振光的全向高反射的技術問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提出一種全向消偏振介質薄膜激光反射鏡的設計方法，該設計方法包括如下步驟：

S1、激光反射鏡具有多層反射膜，將多層反射膜的膜系結構設計為如下基本結構：

Sub/x₁H x₂L x₃H x₄L……x₆₅H x₆₆L/Air