偏振膜的设计研究及制备

摘要

薄膜偏振片在现代微电子及光电工业中的应用越来越广泛，目前偏振膜设计的焦点主要集中在用于液晶显示系统的大角度宽波段偏振分束器(PBS)和应用于激光器的宽波段、高损伤阈值偏振膜。针对现代光学器件对偏振膜光学特性的要求，本文主要设计工作于通信波段的结构简单、高消光比的平板型偏振膜。本文以多层膜的传输矩阵理论为基础，结合三种简单膜系的反射带透射带特性，设计了单窗口偏振膜和双窗口偏振膜，并制备了C波段偏振膜。具体研究内容如下:
　　(1)研究周期性对称膜系(H/2 L H/2)s、周期膜系(HL)s和对称膜系(HL)sH的特征矩阵性质和反射、透射特性，建立了基于四分之一波长的单窗口偏振膜设计模型。通过分析膜系的结构参数周期数和膜层材料对光学性能的影响，设计了多种以较少层数达到高消光比的工作波长为1550nm的单窗口偏振膜。然后，考虑到镀膜监控的实际问题，设计了单一监控波长的单窗口偏振膜。
　　(2)在单窗口偏振膜设计原理的基础上研究了双窗口偏振膜的设计方法。利用单个膜系存在多个工作波长范围可以设计双窗口偏振膜，但是膜系层数受工作波长的限制。通过不同膜系结构参数的组合，并让它们在彼此的工作点处满足对P光高透，设计了工作波长为1310nm和1550nm的双窗口偏振膜。
　　(3)利用电子束真空镀膜机，制备了膜系为A|(HL)7H|D的C波段偏振膜。搭建测试光路，测试结果表明偏振膜在1530-1562nm波长范围内，入射角在65±5°变化时，插入损耗小于2dB，消光比大于28.5dB。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 薄膜偏振片的研究背景及意义

1．2 薄膜偏振片研究现状

1．2．1 MacNeille型的薄膜偏振片

1．2．2 基于受抑全反射的薄膜偏振片

1．3 本文研究内容和组织结构

第2章 基本理论

2．1 薄膜光学的基本理论

2．1．1 麦克斯韦方程

2．1．2 菲涅尔公式

2．2 光学薄膜特性的理论计算

2．2．1 单层介质薄膜的反射率

2．2．2 多层薄膜的特性计算

2．2．3 对称膜系的等效层

第3章 单窗口偏振膜设计

3．1 周期性对称膜系设计

3．1．1 周期性对称膜系的设计原理

3．1．2 膜系的参数分析

3．2 周期膜系(HL)S和(LH)S设计

3．2．1 周期膜系(HL)S和(LH)S的设计原理

3．2．2 膜系的参数分析

3．2．3 单一监控波长的周期膜系设计

3．3 对称膜系(HL)SH和(LH)SL设计

3．3．1 对称膜系(HL)SH和(LH)SL的设计原理

3．3．2 膜系的参数分析

3．3．3 单一监控波长的对称膜系设计

3．4 本章小结

第4章 双窗口偏振膜设计

4．1 基于单个膜系的双窗口偏振膜设计

4．2 基于组合膜系的双窗口偏振膜设计

4．2．1 双窗口偏振膜系(H／2 L H／2)S1(L／2 H L／2)S2设计

4．2．2 双窗口偏振膜系(HL)S1(HL)S2设计

4．2．3 双窗口偏振膜系(HL)S1H(HL)S2H设计

4．3 本章小结

第5章 C波段偏振膜的制备

5．1 偏振膜的理论特性

5．2 偏振膜的制备

5．3 实验结果和测试分析

5．4 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文