[发明专利]失谐式激光偏振片及其制备方法

说明书

本发明涉及偏振片及其制备方法，尤其是涉及失谐式激光偏振片及其制备方法。

偏振片就是对某一偏振分量的光具有高透射，而对正交的另一个偏振分量的光具有高反射的器件。

根据薄膜光学理论设计的薄膜偏振片既不同于基于双折射原理的棱镜偏振器，又不同于基于选择性吸收的或二向原理的塑料偏振片。薄膜偏振片具有制作容易，通光口经不受限制，激光损伤阈值高等优点。

薄膜偏振片又可分为两种：棱镜型和平板型。棱镜型薄膜偏振片是根据布儒斯特角原理设计的，薄膜被镀在两棱镜的斜面上，主要优点是偏振带很宽（为3500），缺点是由于玻璃双折射的限制，消光比不太高;且两棱镜之间的胶合层使激光损伤阈值降低。平板型薄膜偏振片是基于薄膜对两个偏振分量的有效折射率不同而设计的，由于它的损耗小，偏振度高，选择基片和薄膜材料有较大灵活性，最主要的特点是激光损伤阈值非常高，所以是强激光系统中唯一得到应用的偏振片。缺点是偏振带窄，一方面给制造带来困难，另一方面不能用于宽波段，而只能用于激光系统。

本偏振片用于大功率激光系统。目前国内外采用的平板型薄膜偏振片均为截止滤光片。截止滤光片型常为三层对称结构（ (P)/2 q (P)/2 ）^S，S表示周期数。为了消除P偏振光的反射次峰，增加偏振带宽，需在上述主膜系两侧加上匹配膜，整个膜系结构变为

｜匹配膜｜（ (P)/2 q (P)/2 ）^S｜匹配膜｜

典型的设计为

玻璃｜（ (L′)/2 H′ (L′)/2 ）^S′（ (L)/2 H (L)/2 ）^S（ (L″)/2 H″ (L″)/2 ）^S″｜空气

S′＝2，S＝8，S″＝2，n_H＝2.3，n_L＝1.45，

（nd）_H＝238nm，（nd）_L＝271nm，

（nd）^′_H＝（nd）^″_H＝208nm，（nd）^′_L＝（nd）^″_L＝236nm。

图1示出了上述典型膜系的光谱特性曲线。

图2示出了电场强度分布曲线。激光损伤阈值与电场强度的分布及大小直接相关，电场强度越大，损伤阈值越低。

用计算机模拟制造过程得到上述膜系的最高成品率为：预镀层HLH，控制波长500nm，成品率45%。显然这种膜系是很难监控的，它需要至少4个波长才能完成厚度控制，制造成品率低。

通常的制备方法为：选择TiO₂作为高折射率，而SiO₂作为低折射率材料分装在电子束坩埚中，清洁玻璃基板和真空室并抽空至1-5×10^-5乇，采用电子束蒸发加热薄膜材料，用光电极值法控制厚度，最后，在大气中进行退火处理。

本发明的目的是提供一种失谐式激光偏振片及其制备方法。

下面结合附图作详细说明。

图1是常规膜系的光谱特性曲线;

图2是常规膜系的电场强度分布曲线;

图3是本发明膜系的光谱特性曲线;

图4是本发明膜系的电场强度分布曲线。

我们采用修改带通滤光片间隔层厚度的方法设计了性能优良，又易于制造的薄膜偏振片，称之为失谐式带通滤光片型。

设计的主要步骤分为三个：

1.按照偏振特性要求，选择反射膜堆的层数及滤光片的半波层数;

2.修改间隔层的厚度以减小P-偏振光在偏振带内的反射波纹，层宽偏振带;

3.修改与基极和空气相邻的膜层厚度，进一步改善偏振特性和抗激光损伤阈值。

根据上述步骤，可以设计出多组膜系，玻璃/失谐单半波或多半波带通滤光片/空气，其典型结构为

（1）玻璃｜nL（HL）³H 3/2 L（HL）²3/2 H（LH）²3/2 LH（LH）³mL｜空气

（nd）_H＝（nd）_L＝239nm;

（2）玻璃｜nL 3/2 H（LH）³3/2 L（HL） 3/2 H（LH） 3/2 L（HL）³(3H)/2 mL｜空气