一种紫外偏振分光棱镜及其制备方法技术

一种紫外偏振分光棱镜及其制备方法，其特点在于，由两块长度相同且宽度相同的长方体棱镜胶合而成，且其中一块长方体棱镜的胶合面依次镀有引入光栅结构的偏振分光膜和二氧化硅保护膜。所述引入光栅结构的偏振分光膜由涂胶、曝光、显影刻蚀而成的介质光栅与膜系结构蒸镀得到。本发明专利技术具有消光比高、入射角范围大、稳定性好等优点，主要应用在紫外、深紫外波段。

A Ultraviolet Polarization Splitting Prism and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种紫外偏振分光棱镜及其制备方法
本专利技术属于光学器件领域，具体涉及一种紫外偏振分光棱镜及其制备方法。技术背景偏振分光棱镜能将入射光分成两束互相垂直的线偏振光：S光和P光，其中P光能完全通过，而S光以45度角被反射，从而达到了起偏和分光的目的。与晶体分光元件相比，偏振分光棱镜具有光束分离角大，对入射角度不敏感的优点，且广泛应用于高功率激光场合以及精密光学仪器。先技术[1]“一种高消光比的偏振分光棱镜”(CN202362476U)提出一种偏振分光棱镜，在两个直角棱镜的斜面上镀偏振分束膜，用光学胶水将斜面对接胶合起来，其余通光面镀增透膜。该专利技术结构简单，成本低，但是无法应用于紫外、深紫外波段，因为光学胶水在紫外波段透过率很低，也会产生污染。先技术[2]“一种紫外高性能偏振分光棱镜”(CN102495437A)提出一种紫外偏振分光棱镜，将一对三角棱镜的角度加工成布儒斯特角，在一对布儒斯特面上均镀制偏振分光膜，两个面采用空气隙对接。该专利技术可应用于紫外，但消光比不高，且入射角范围小。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种紫外偏振分光棱镜及其制备方法，可应用于紫外、深紫外波段，且消光比高于一般的紫外偏光棱镜，入射角范围大，性能稳定。针对上述的专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种紫外偏振分光棱镜，其特点在于，由包括两块长度相同且宽度相同的长方体棱镜胶合而成，且其中一块长方体棱镜的胶合面依次镀有引入光栅结构的偏振分光膜和二氧化硅保护膜。所述引入光栅结构的偏振分光膜由涂胶、曝光、显影刻蚀而成的介质光栅与膜系结构蒸镀得到。所述膜系结构由氟化镧层和氟化镁层依次交替构成。所述长方体棱镜的材料为紫外熔融石英，CaF2。本专利技术还提供了一种紫外偏振分光棱镜的制备方法，其特点在于，包括如下步骤：步骤1)选择两块长度相同且宽度相同的长方体棱镜，选取两块长方体棱镜面积相同的任一面进行抛光；步骤2)在其中一块长方体棱镜的抛光面上镀设引入光栅结构的偏振分光膜，并在偏振分光膜外镀二氧化硅保护膜；步骤3)将另一块长方体棱镜的抛光面与二氧化硅保护膜相对接触放置，并去除接触面的气泡，进行光胶，使两块长方体棱镜胶合；步骤4)将胶合后零件放入高温炉中进行键合，键合温度为200～300℃，键合完后自然冷却。所述的紫外偏振分光棱镜的制备方法，其特征在于，还包括：步骤5)将胶合为一体的长方体棱镜以胶合面为对角面，上下分别切割为直角棱镜形状，将两对直角面进行抛光。步骤6)依使用需求，在经抛光处理的两对直角面上镀设增透膜，或仅选择其中一对直角面镀设增透膜。进一步，所述步骤2)中在抛光面上镀设引入光栅结构的偏振分光膜，具体过程如下：步骤2.1)清洗抛光面，将光刻胶旋涂于抛光面上，形成光刻胶层；步骤2.2)利用紫外光通过掩膜版照射光刻胶层表面进行曝光，然后除去曝光过的光刻胶层，保留未曝光部分的光刻胶层；步骤2-3)对无光刻胶覆盖的熔石英棱镜进行刻蚀后，去除光刻胶，得到介质光栅(102)；步骤2-4)最后在介质光栅上垂直蒸镀膜系结构(103)，得到引入光栅结构的偏振分光膜(101)。进一步，所述步骤3)中当光胶不成功的情况下，用石英粉加溶剂对二氧化硅保护膜面进行手工细抛来提高表面光洁度，以增加光胶成功概率。与现有技术相比，本专利技术的技术效果为：通过在偏振分光膜中引入纳米光栅结构，增加了膜系设计自由度，可以有效的增大偏振分光棱镜的消光比，改善普通偏光棱镜的入射角限制的问题；在引入光栅结构的偏振分光膜外镀制二氧化硅介质膜，不仅可以保护光栅结构，还可以通过对镀膜面进行手工细抛处理改善表面光洁度，增加光胶成功率，从而提高成品率；在光胶过程采用热键合工艺，使得键合面能保持长期良好的气密性和牢固度，且不受温度变化影响，在有振动、温差较大、高功率的场合同样能保持较稳定的性能。附图说明图1为对一块长方体棱镜进行镀膜并引入光栅结构的流程图图2为将镀膜后的棱镜与另一长方体棱镜进行光胶键合并切割出成品、镀增透膜的示意图图3为本专利技术紫外偏振分光棱镜的结构示意图具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。一种紫外偏振分光棱镜的制作方法如下：图1为对长方体棱镜10进行镀膜并引入光栅结构的流程图。步骤1)选择两块长度相同且宽度相同的长方体棱镜10和20，材料为紫外熔融石英，分别对棱镜10和棱镜20的相对面抛光，以达到光胶需要的面形精度和光洁度要求；步骤2)清洗棱镜10的抛光面后，将光刻胶旋涂于面上形成光刻胶层105；利用紫外光通过掩膜版照射光刻胶表面，对光刻胶进行曝光，然后除去曝光过的光刻胶层，保留未曝光部分的光刻胶层；然后对无光刻胶覆盖的熔石英棱镜进行刻蚀后，去除光刻胶，得到介质光栅102；最后在介质光栅上垂直蒸镀膜系结构103，得到了引入光栅结构的偏振分光膜101，并在偏振分光膜101外镀二氧化硅保护膜104。图2为将镀膜后的棱镜与另一长方体棱镜进行光胶、键合并切割出成品、镀增透膜的示意图。步骤3)将长方体棱镜20的抛光面与二氧化硅保护膜相对接触放置，去除接触面的气泡，进行光胶。光胶不成功的情况下，用石英粉加溶剂对光胶面进行手工细抛来提高表面光洁度，以增加光胶成功率，因为在偏振分光膜101外镀有二氧化硅保护膜104，所以手工细抛不会破坏膜系结构103。步骤4)光胶完成后将整块零件放置在高温炉中键合，设置温度，以每次增加几十度的方式将温度慢慢升高至280℃，升温完成后，关闭加热装置进行自然冷却，整个过程持续四天时间。在高温加热的情况下，分子运动加速，二氧化硅层的分子相互渗透，达到牢固结合的目的。键合温度的设置不是一成不变的，如样品对高温较敏感，可以减小温度间隔，降低烘烤最高温度，增加烘烤时间。步骤5)自然冷却后将零件从高温炉中取出，以胶合面为对角面，上下分别切割为直角棱镜形状，将两对直角面进行抛光，得到四个通光面：第一直角面，第二直角面，第三直角面，第四直角面。步骤6)依使用需求，在四个通光面上镀设增透膜。所述四个通光面镀有的增透膜在193.368nm的入射波长下，单面透过率Tp﹥99.5％。本专利技术紫外偏振分光棱镜的结构示意图如图3所示，由包括两块长度相同且宽度相同的长方体棱镜胶合而成，且长方体棱镜10的胶合面依次镀有引入光栅结构的偏振分光膜101和二氧化硅保护膜104；所述引入光栅结构的偏振分光膜101由涂胶、曝光、显影刻蚀而成的介质光栅102与膜系结构103蒸镀得到。本专利技术采用上述的技术方案，通过在偏振分光膜中引入纳米光栅结构，增加了膜系设计自由度，可以有效的增大偏振分光棱镜的消光比，改善普通偏光棱镜的入射角限制的问题；镀膜面通过光胶键合固定，可以应用在紫外、深紫外波段，且通过镀设二氧化硅保护膜，可以有效提高光胶成品率，经过高温处理后，键合面能够保持长期良好的气密性和牢固度，且不受温度变化影响，在有振动、温差较大、高功率的场合同样能保持较稳定的性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紫外偏振分光棱镜，其特征在于，由包括两块长度相同且宽度相同的长方体棱镜胶合而成，且其中一块长方体棱镜的胶合面依次镀有引入光栅结构的偏振分光膜和二氧化硅保护膜。

【技术特征摘要】
1.一种紫外偏振分光棱镜，其特征在于，由包括两块长度相同且宽度相同的长方体棱镜胶合而成，且其中一块长方体棱镜的胶合面依次镀有引入光栅结构的偏振分光膜和二氧化硅保护膜。2.根据权利要求1所述的一种紫外偏振分光棱镜，其特征在于：所述引入光栅结构的偏振分光膜(101)由涂胶、曝光、显影、刻蚀而成的介质光栅(102)与膜系结构(103)蒸镀得到。3.根据权利要求2所述的一种紫外偏振分光棱镜，其特征在于：所述膜系结构(103)由氟化镧层和氟化镁层依次交替构成。4.根据权利要求1所述的一种紫外偏振分光棱镜，其特征在于：所述长方体棱镜的材料为紫外熔融石英,CaF2。5.一种紫外偏振分光棱镜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)选择两块长度相同且宽度相同的长方体棱镜，选取两块长方体棱镜面积相同的任一面进行抛光；步骤2)在其中一块长方体棱镜的抛光面上镀设引入光栅结构的偏振分光膜，并在偏振分光膜(101)外镀二氧化硅保护膜(104)；步骤3)将另一块长方体棱镜的抛光面与二氧化硅保护膜相对接触放置，并去除接触面的气泡，进行光胶，使两块长方体棱镜胶合；步骤4)将胶合后零件放入高温炉中进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾爱军，周如意，朱玲琳，胡敬佩，张冲，黄惠杰，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31