[發明專利]一種偏振靈敏度可調控的可見近紅外金屬薄膜反射鏡

有效

• 申請號: 202111324615.6
• 申請日: 2021-11-10
• 公開（公告）號: CN114114488B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 馬小鳳;李耀鵬;蔡清元;王曙光;衛延華;劉定權
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G02B5/08
• 分類號: G02B5/08;G02B1/14
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

本發明公開了一種偏振靈敏度可調控的可見近紅外金屬薄膜反射鏡，通過優化金屬薄膜和介質保護膜的厚度，同時實現反射鏡的高反射率和偏振靈敏度精確調控。利用金屬鎳鉻復合材料實現反射鏡的強附著性能，利用金屬銀膜實現反射鏡在可見近紅外波段的高反射，利用金屬鋁膜的偏振效應通過調整鋁膜層厚度實現反射鏡在可見近紅外波段偏振靈敏度大小的精確調控，利用雙層介質膜層組合實現金屬反射膜的抗氧化與防潮保護，通過優化該雙層介質膜層厚度實現反射鏡偏振波段的精確調控。本發明的反射鏡反射率高、偏振靈敏度大小且偏振波段精確可調。

技術領域

本發明涉及光學反射鏡，具體是指利用兩種金屬材料疊層與介質膜層的組合結構，實現可見近紅外波段范圍內能量高反射與偏振靈敏度可調控的金屬反射鏡。

背景技術

成像光譜儀是一種“圖像和光譜合一”的光學遙感儀器，它利用入射狹縫將前置望遠光學系統和光譜成像系統有機地結合在一起，能夠提供景物連續的光譜圖像，是空間光學遙感器發展的主流和方向。在空間可見近紅外遙感研究中，普遍認為偏振遙感比光度遙感所包含的的信息量更大，具有更廣泛的應用前景。采用光譜和偏振特性相結合進行遙感，是未來空間遙感的一個重要趨勢。

遙感探測的成像光譜儀器通常是偏振敏感的光學系統，這是由于光學系統中含有多個光學元件，當光線傾斜入射到光學元件表面時，光學元件對不同偏振分量的光具有不同的光譜特性，即元件具有附加偏振的特性，整個光學系統也表現出附加偏振特性。通常用偏振靈敏度(LPS)來定量描述系統的附加偏振特性。偏振靈敏度描述的是儀器的光學系統對入射光的偏振態的敏感程度，它反映的是在入射光的偏振態發生變化時，從系統中出射光光強的變化。隨著定量化遙感研究的深入及測量精度的要求不斷提高，為了準確測量大氣輻亮度，必須對空間遙感儀器的偏振響應進行控制。

成像光譜儀的光學系統中往往包含反射鏡、分色片、光柵、透鏡等各類光學元件，各個元件的偏振效應具有累積效應。為了控制光學系統的偏振靈敏度，通常需要對各個元件進行消偏振。而當系統中一些光學元件難以實現消偏振時，需要將光學系統中所有偏振光學元件進行整體研制，通過不同元件間的偏振相互補償來實現整體系統偏振靈敏度控制。反射鏡是成像光譜儀中的重要光學元件之一，作為光路系統中的折轉鏡時，反射鏡常常在較大角度條件下工作，因而也往往具有較大的偏振效應。一方面當系統中其它光學元件具有很好的消偏振效果時，需要對該反射鏡進行消偏振；另一方面，當系統中其它元件如分色片、光柵、透鏡等難以實現消偏振時，就需要反射鏡具有一定的偏振方向相反的偏振特性，從而補償其它元件的偏振積累。因此，反射鏡的偏振靈敏度調控技術是控制成像光譜感的光學系統偏振靈敏度的重要技術手段之一。

單個反射元件的偏振靈敏度可表征為公式①:

LPS＝(Rs-Rp)/(Rs+Rp)*100％???①

其中Rs、Rp分別為S光分量的反射率和P光分量的反射率。

發明內容

本發明基于空間遙感光譜成像儀的系統偏振靈敏度控制對反射鏡光學能量、偏振靈敏度調控要求，提出一種在光學基片上利用兩種金屬材料疊層與介質膜層的組合結構，實現可見近紅外波段范圍內能量高反射與偏振靈敏度可調控的金屬反射鏡，解決了光譜成像儀系統偏振靈敏度控制的技術難題。

本發明的技術方案是：在光學基片1上先鍍制一層強結合力的附著層2，以增強反射鏡的牢固度和可靠性；在附著層2上鍍制足夠厚的金屬Ⅰ膜層3，金屬Ⅰ材料同時具有高反射與低偏振靈敏度特性，以保證該層反射膜具有穩定的高反射率和低偏振靈敏度；在膜層3上鍍制金屬Ⅱ膜層4，金屬Ⅱ材料在可見近紅外波段具有較大的偏振效應，通過調整膜層4的厚度，實現反射鏡在可見近紅外波段的偏振靈敏度大小精確調控；在膜層4上鍍制適當厚度的介質防護層5，實現反射鏡偏振波段的精確調控、并保證反射鏡的金屬層不被氧化并提高防潮及抗磨損能力。以上所述的反射鏡結構設計即保證了光學效率的高效傳遞，又能精確地調控反射鏡的偏振靈敏度大小。

以一種空間遙感成像光譜儀光路系統中光譜工作范圍從可見至近紅外波段的反射鏡為例，該反射鏡的構建步驟如下：