專利名稱：分光鏡的膜層結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分光鏡的膜層結(jié)構(gòu)，尤指一種非偏振化分光鏡的膜層結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
分光鏡(Beam Splitter)是用來反射或透射光線，依照光譜特性的不同，分光鏡可分為中性分光鏡及雙色分光鏡，中性分光鏡可以將一束光分成光譜成份相同的兩束光；雙色分光鏡則可以將光譜的其中一部份反射而其它部份透射。依照光線的偏振性，分光鏡還可以設(shè)計為偏振分光鏡，可將光束分成一束為其電場垂直于入射平面的S偏振光，另一束為其電場平行于入射平面的P偏振光。理想的中性分光鏡的主要特性是反射率與透射率因波長及角度不同而引起的改變很小及偏振性小，但由于多層膜的材料總具有色散及吸收等性質(zhì)，且若入射角不為零度時，則不同偏振性的光線的反射率與透射率會不一樣，當入射角越大，RS(S偏光的反射率)與RP(P偏光的反射率)、TS(S偏光的透射率)與TP(P偏光的透射率)的差異也會越大，因此需要對光學膜層進行特別設(shè)計使得該分光鏡成為一非偏振化的分光鏡。
現(xiàn)有分光鏡的膜層設(shè)計是采用了交替型的周期結(jié)構(gòu)，并由高、低折射率材料堆疊而成，如圖1所示，膜層8的結(jié)構(gòu)為(HL)m，其直接設(shè)置于基板NS上，其中H表示高折射率膜層，L表示低折射率膜層，m為整數(shù)，當用λ0表示入射光的中心波長時，高折射率膜層H與低折射率膜層L均設(shè)置為具有約等于λ0/4的光學厚度(光學厚度等于折射率乘以厚度)。但是，該膜層8的S偏振光與P偏振光的反射波的相位差僅能局限于0度，要設(shè)計成90度是很難達到的，且極易造成S偏振光與P偏振光的分離量過大，如圖2所示的該膜層結(jié)構(gòu)的波長-反射率-相位分布的特性曲線。
可見，有必要對現(xiàn)有膜層結(jié)構(gòu)做出改進，以提高分光鏡的非偏振化的特性。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種分光鏡的膜層結(jié)構(gòu)，可以使得該分光鏡在相位上的設(shè)計及應(yīng)用更為寬廣，而且S偏振光與P偏振光的分離量也會達到很小。
依據(jù)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供一種分光鏡的膜層結(jié)構(gòu)，該膜層是由高、低折射率材料堆疊而成，膜層結(jié)構(gòu)為(HL)nHLH(LH)n，其中H表示由高折射率材料制成的膜層，其折射率是在2.5～4之間；L表示由低折射率材料制成的膜層，其折射率是在1.4～1.7之間；及n為整數(shù)，將該膜層結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化后，可以得到相位差90度且P偏光的反射率與S偏光的反射率的分離量小的分光鏡，膜層結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的數(shù)據(jù)為高折射率膜層的折射率為3.86，低折射率膜層的折射率為1.45，n等于4。
上述由高折射率材料制成的膜層H與由低折射率材料制成的膜層L均具有約等于λ0/4的光學厚度，其中λ0表示入射光的中心波長。
對上述膜層結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化之后，高折射率膜層H的總厚度小于80nm，低折射率膜層L的總厚度小于1500nm。
上述高折射率膜層采用的是吸收性材料。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明分光鏡的膜層結(jié)構(gòu)為(HL)nHLH(LH)n，其高折射率膜層的折射率采用3.86，低折射率膜層的折射率采用1.45，n等于4，通過該膜層設(shè)計可以得到相位差90度且RP(P偏光的反射率)及RS(S偏光的反射率)分離量小的分光鏡，即本發(fā)明分光鏡克服了現(xiàn)有分光鏡的膜層結(jié)構(gòu)對反射波的相位設(shè)計局限性大的缺點，通過這種設(shè)計提高產(chǎn)品性能。

圖1是膜層結(jié)構(gòu)為(HL)m的分光鏡。
圖2是現(xiàn)有膜層結(jié)構(gòu)為(HL)m的波長-反射率-相位分布的特性曲線。
圖3是本發(fā)明分光鏡的膜層結(jié)構(gòu)。
圖4是本發(fā)明膜層結(jié)構(gòu)為(HL)nHLH(LH)n的波長-反射率-相位分布的特性曲線。
具體實施方式
本發(fā)明分光鏡是應(yīng)用于DVD、CD等光電產(chǎn)品中，其膜層設(shè)計可以使得該分光鏡在相位上的設(shè)計及應(yīng)用更為寬廣，且不會因為溫飄有明顯變化，通過這種設(shè)計提高光電產(chǎn)品的性能。
請參圖3所示，本發(fā)明分光鏡的膜層1是采用了對稱膜系，膜層結(jié)構(gòu)為(HL)nHLH(LH)n，其直接設(shè)置于一基板NS上，該膜層1具有一對稱中心層HLH，其中H表示由高折射率材料制成的膜層，其折射率是在2.5～4之間，且材料為吸收性材料；L表示由低折射率材料制成的膜層，其折射率是在1.4～1.7之間；n為整數(shù)，當用λ0表示入射光的中心波長時，高折射率膜層H與低折射率膜層L均設(shè)置為具有約等于λ0/4的光學厚度(光學厚度等于折射率乘以厚度)。
現(xiàn)以S偏振光與P偏振光的反射波的相位差可達到90度為例對本發(fā)明膜層結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論做出詳細說明。
根據(jù)相位差Δ＝ΨS-ΨP 得出下列公式Δ=2tan-1[NSsin2θ0cosθ0NS2sin2θ0-N12]---(1)]]>上述ΨS表示S偏振光的反射波相位變化，ΨP表示P偏振光的反射波相位變化，NS表示基板折射率，θ0表示光線入射角。
將Δ＝π/2，θ0＝45°代入公式(1)可得到NS=2N1,]]>當NS＝1.512時，N1＝1.0693。因膜層的折射率N1在數(shù)值上與其等效導(dǎo)納Y相等，即N1=Y=CB,]]>將其代入下列公式(2)至(5)，即可求得透射系數(shù)τ、反射系數(shù)ρ、透射率T及反射率R。
ρ=η0B-Cη0B+C---(2)]]>τ=2η0η0B+C---(3)]]>R=[η0B-Cη0B+C][η0B-Cη0B+C]---(4)]]>T=4η0Re(Ys)(η0B+C)(η0B+C)---(5)]]>但因目前并沒有折射率為1.0693的材料，因此在設(shè)計膜層結(jié)構(gòu)時，需要依靠數(shù)層高、低折射率材料進行匹配而得到相同的透射系數(shù)τ、反射系數(shù)ρ、透射率T及反射率R，而在多層膜的設(shè)計過程中，將會使用到下列膜矩陣E(z0)H(z0)=M1M2···MmE(zm)H(zm)=ME(zm)H(zm)---(6)]]>其中M=Πj=1mMj=Xj=1mcosδjijsinδjiηsinδjcosδj;]]>δ=2πλNjdjcosθj;]]>BC=Πj=1mcosδjiηsinδjiηsinδjcosδj1ηs]]>上述Mj表示第j層薄膜的特征矩陣，δj、Nj及dj分別表示第j層薄膜的相厚度、折射率及膜厚。
通過以上公式計算的數(shù)值均為理論值，在實際應(yīng)用中，因材料成份比例等特性的影響，理論值往往難以被直接使用，而需要根據(jù)該理論值對膜層層數(shù)及其厚度進行優(yōu)化才能夠得到相位差90度且RP(P偏光的反射率)及RS(S偏光的反射率)分離量小的分光鏡，如圖4所示，與圖2中所示的現(xiàn)有曲線圖相比較，在圖4中所示的RP與RS的分離量可以達到最小。在本實施例中，高折射率材料的折射率(NH)采用3.86，高折射率膜層的總厚度小于80nm；低折射率材料的折射率(NL)采用1.45，低折射率膜層的總厚度小于1500nm；整數(shù)n等于4，即高折射率膜層共有十層，而低折射率膜層共有九層。
權(quán)利要求
1.一種分光鏡的膜層結(jié)構(gòu)，該膜層是由高、低折射率材料堆疊而成，其特征在于膜層結(jié)構(gòu)為(HL)nHLH(LH)n，其中H表示由高折射率材料制成的膜層，其折射率是在2.5～4之間；L表示由低折射率材料制成的膜層，其折射率是在1.4～1.7之間；及n為整數(shù)，將該膜層結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化后，便可以得到相位差90度且P偏光的反射率與S偏光的反射率的分離量小的分光鏡，對膜層結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的數(shù)據(jù)為高折射率膜層H的折射率為3.86，低折射率膜層L的折射率為1.45，n等于4。
2.如權(quán)利要求1所述的分光鏡的膜層結(jié)構(gòu)，其特征在于高折射率膜層H與低折射率膜層L均具有約等于λ0/4的光學厚度，其中λ0表示入射光的中心波長。
3.如權(quán)利要求1所述的分光鏡的膜層結(jié)構(gòu)，其特征在于對膜層厚度進行優(yōu)化之后，高折射率膜層H的總厚度小于80nm，低折射率膜層L的總厚度小于1500nm。
4.如權(quán)利要求1所述的分光鏡的膜層結(jié)構(gòu)，其特征在于高折射率膜層采用的是吸收性材料。
5.一種分光鏡，其具有一基板及設(shè)置于基板上的對稱膜層，其特征在于膜層結(jié)構(gòu)為(HL)nHLH(LH)n，其中H表示由高折射率材料制成的膜層，其折射率是在2.5～4之間，在該膜層結(jié)構(gòu)中的該高折射率膜層的總厚度小于80nm；L表示由低折射率材料制成的膜層，其折射率是在1.4～1.7之間，在該膜層結(jié)構(gòu)中的該低折射率膜層的總厚度小于1500nm；及n為整數(shù)，該膜層結(jié)構(gòu)可以使得分光鏡在相位上的設(shè)計及應(yīng)用更為寬廣。
6.如權(quán)利要求5所述的分光鏡，其特征在于高折射率膜層材料的折射率為3.86，低折射率膜層材料的折射率為1.45，n等于4。
7.如權(quán)利要求6所述的分光鏡，其特征在于高折射率膜層采用的是吸收性材料。
8.一種具有對稱膜系的光學鏡片，該膜系是設(shè)置于一基板上，其特征在于該膜系具有一個結(jié)構(gòu)為HLH的對稱中心層及由該對稱中心層的兩個H層分別向兩側(cè)延伸且結(jié)構(gòu)為(LH)n的延伸層，其中H表示由高折射率材料制成的膜層，其折射率是在2.5～4之間；L表示由低折射率材料制成的膜層，其折射率是在1.4～1.7之間。
9.如權(quán)利要求8所述的光學鏡片，其特征在于所述的H層為一種吸收性材料。
10.如權(quán)利要求9所述的光學鏡片，其特征在于所述的H層其折射率為3.86。
11.如權(quán)利要求10所述的光學鏡片，其特征在于所述的L層其折射率為1.45。
12.如權(quán)利要求11所述的光學鏡片，其特征在于所述的結(jié)構(gòu)為(LH)n的延伸層中的n等于4。
13.如權(quán)利要求8或12所述的光學鏡片，其特征在于所述的H及L膜層均具有約等于λ0/4的光學厚度，其中λ0為入射光的中心波長。
全文摘要
本發(fā)明公開一種分光鏡的膜層結(jié)構(gòu)，該膜層是由高、低折射率材料堆疊而成，膜層結(jié)構(gòu)為(HL)
文檔編號G02B27/10GK1834694SQ200510054968
公開日2006年9月20日 申請日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月18日
發(fā)明者劉興雅 申請人:亞洲光學股份有限公司