一种偏振灵敏度可调控的可见近红外金属薄膜反射镜制造技术

本发明专利技术公开了一种偏振灵敏度可调控的可见近红外金属薄膜反射镜，通过优化金属薄膜和介质保护膜的厚度，同时实现反射镜的高反射率和偏振灵敏度精确调控。利用金属镍铬复合材料实现反射镜的强附着性能，利用金属银膜实现反射镜在可见近红外波段的高反射，利用金属铝膜的偏振效应通过调整铝膜层厚度实现反射镜在可见近红外波段偏振灵敏度大小的精确调控，利用双层介质膜层组合实现金属反射膜的抗氧化与防潮保护，通过优化该双层介质膜层厚度实现反射镜偏振波段的精确调控。本发明专利技术的反射镜反射率高、偏振灵敏度大小且偏振波段精确可调。偏振灵敏度大小且偏振波段精确可调。偏振灵敏度大小且偏振波段精确可调。

【技术实现步骤摘要】
一种偏振灵敏度可调控的可见近红外金属薄膜反射镜


[0001]本专利技术涉及光学反射镜，具体是指利用两种金属材料叠层与介质膜层的组合结构，实现可见近红外波段范围内能量高反射与偏振灵敏度可调控的金属反射镜。

技术介绍

[0002]成像光谱仪是一种“图像和光谱合一”的光学遥感仪器，它利用入射狭缝将前置望远光学系统和光谱成像系统有机地结合在一起，能够提供景物连续的光谱图像，是空间光学遥感器发展的主流和方向。在空间可见近红外遥感研究中，普遍认为偏振遥感比光度遥感所包含的的信息量更大，具有更广泛的应用前景。采用光谱和偏振特性相结合进行遥感，是未来空间遥感的一个重要趋势。
[0003]遥感探测的成像光谱仪器通常是偏振敏感的光学系统，这是由于光学系统中含有多个光学元件，当光线倾斜入射到光学元件表面时，光学元件对不同偏振分量的光具有不同的光谱特性，即元件具有附加偏振的特性，整个光学系统也表现出附加偏振特性。通常用偏振灵敏度(LPS)来定量描述系统的附加偏振特性。偏振灵敏度描述的是仪器的光学系统对入射光的偏振态的敏感程度，它反映的是在入射光的偏振态发生变化时，从系统中出射光光强的变化。随着定量化遥感研究的深入及测量精度的要求不断提高，为了准确测量大气辐亮度，必须对空间遥感仪器的偏振响应进行控制。
[0004]成像光谱仪的光学系统中往往包含反射镜、分色片、光栅、透镜等各类光学元件，各个元件的偏振效应具有累积效应。为了控制光学系统的偏振灵敏度，通常需要对各个元件进行消偏振。而当系统中一些光学元件难以实现消偏振时，需要将光学系统中所有偏振光学元件进行整体研制，通过不同元件间的偏振相互补偿来实现整体系统偏振灵敏度控制。反射镜是成像光谱仪中的重要光学元件之一，作为光路系统中的折转镜时，反射镜常常在较大角度条件下工作，因而也往往具有较大的偏振效应。一方面当系统中其它光学元件具有很好的消偏振效果时，需要对该反射镜进行消偏振；另一方面，当系统中其它元件如分色片、光栅、透镜等难以实现消偏振时，就需要反射镜具有一定的偏振方向相反的偏振特性，从而补偿其它元件的偏振积累。因此，反射镜的偏振灵敏度调控技术是控制成像光谱感的光学系统偏振灵敏度的重要技术手段之一。
[0005]单个反射元件的偏振灵敏度可表征为公式
①
:
[0006]LPS＝(Rs
‑
Rp)/(Rs+Rp)*100％
ꢀꢀꢀ①
[0007]其中Rs、Rp分别为S光分量的反射率和P光分量的反射率。

技术实现思路

[0008]本专利技术基于空间遥感光谱成像仪的系统偏振灵敏度控制对反射镜光学能量、偏振灵敏度调控要求，提出一种在光学基片上利用两种金属材料叠层与介质膜层的组合结构，实现可见近红外波段范围内能量高反射与偏振灵敏度可调控的金属反射镜，解决了光谱成像仪系统偏振灵敏度控制的技术难题。
[0009]本专利技术的技术方案是：在光学基片1上先镀制一层强结合力的附着层2，以增强反射镜的牢固度和可靠性；在附着层2上镀制足够厚的金属Ⅰ膜层3，金属Ⅰ材料同时具有高反射与低偏振灵敏度特性，以保证该层反射膜具有稳定的高反射率和低偏振灵敏度；在膜层3上镀制金属Ⅱ膜层4，金属Ⅱ材料在可见近红外波段具有较大的偏振效应，通过调整膜层4的厚度，实现反射镜在可见近红外波段的偏振灵敏度大小精确调控；在膜层4上镀制适当厚度的介质防护层5，实现反射镜偏振波段的精确调控、并保证反射镜的金属层不被氧化并提高防潮及抗磨损能力。以上所述的反射镜结构设计即保证了光学效率的高效传递，又能精确地调控反射镜的偏振灵敏度大小。
[0010]以一种空间遥感成像光谱仪光路系统中光谱工作范围从可见至近红外波段的反射镜为例，该反射镜的构建步骤如下：
[0011]1选择反射镜常用的基片材料如石英、微晶玻璃、碳化硅等其中的一种作为光学基片1的材料；
[0012]2选择与光学基底材料具有强附着性能的金属镍铬复合材料或金属铬材料作为附着层2；
[0013]3选择在可见至近红外波段具有高反射率且偏振效应较小的金属银(Ag)作为金属Ⅰ膜层3，以保证该金属膜层具有足够高的反射率且不影响其可靠性；
[0014]4选择在可见近红外波段具有高反射率但偏振效应较大的金属铝(Al)作为金属Ⅱ膜层4，根据反射镜的偏振灵敏度指标要求调整Al膜层的设计厚度。随着Al膜层厚度的增加，反射镜的偏振灵敏度也随之增大，当Al膜厚度增加到20nm时，反射镜的偏振灵敏度不再随膜层厚度的增加而改变，此时反射镜表现为传统Al反射镜的偏振性能；
[0015]5分别选择两种高低折射率介质薄膜材料组合作为金属镜的防护层5，以避免反射镜的金属层被氧化以及吸潮。两种介质材料可采用Al2O3和SiO2组合、HfO2和SiO2组合、HfO2和Al2O3组合，并根据偏振灵敏度调控波段优化设计两种介质膜层厚度，且两种介质组合层总厚度大于80nm，保证金属膜得到可靠防护；
[0016]在薄膜沉积设备上，利用热蒸发、电子束蒸发等沉积技术，按照设计好的反射镜膜层结构及各膜层厚度，在光学基片1上依次沉积附着层2、金属Ⅰ膜层3、金属Ⅱ膜层4和介质组合防护层5，即完成反射镜的制备。
[0017]本专利技术的反射镜具有以下几个方面的优点：
[0018]1)金属Ⅰ膜层保证了反射镜在可见近红外宽波段范围内具有高的反射率，满足了光学系统的光谱能量高效传输需求；
[0019]2)金属Ⅱ膜层实现了反射镜在可见近红外宽波段范围内偏振灵敏度的精确调控，且偏振灵敏度值可调控范围较大；
[0020]3)本专利技术反射镜在实现可见近红外宽波段范围内高反射效率的同时，又发挥着偏振灵敏度可精确调控的偏振补偿镜作用，有效地补偿了光学系统中其它光学元件的偏振积累，最终满足了光学系统偏振灵敏度的有效控制；
[0021]4)本专利技术反射镜膜系结构简单、易于镀制。
附图说明
[0022]图1是偏振灵敏度可调控的可见近红外金属反射镜结构示意图，其中：
[0023]1——反射镜基片；
[0024]2——附着层；
[0025]3——金属Ⅰ膜层；
[0026]4——金属Ⅱ膜层；
[0027]5——介质防护层。
[0028]图2是反射镜实测反射率曲线(入射角为45
°
)。
[0029]图3是反射镜实测偏振灵敏度曲线(入射角为45
°
)。
具体实施方式
[0030]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明：以Φ50
×
5mm的碳化硅作为基片，选择镍铬复合材料作为附着层，银(Ag)作为金属Ⅰ膜层，铝(Al)作为金属Ⅱ膜层，三氧化二铝(Al2O3)和氧化铪(HfO2)分别作为低折射(n
L
)和高折射率(n
H
)介质防护层材料，反射镜结构如示意图1所示。反射镜工作角度为45
°
，高反射波段为400
‑
2500nm，偏振灵敏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种偏振灵敏度可调控的可见近红外金属反射镜，包括光学基片(1)、附着层(2)，金属Ⅰ膜层(3)、金属Ⅱ膜层(4)以及介质防护层(5)，其特征在于：所述的可见近红外金属反射镜的结构为：在光学基片(1)上依次镀制附着层(2)，金属Ⅰ膜层(3)，金属Ⅱ膜层(4)以及介质防护层(5)；其中：所述的光学基片(1)采用石英、微晶玻璃、碳化硅；所述的附着层(2)采用镍铬金属复合膜层或金属铬膜层；所述的金属Ⅰ膜层(3)采用在可见至近红外波段具有高反射率的金属银膜；所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马小凤，李耀鹏，蔡清元，王曙光，卫延华，刘定权，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：