第２７卷第１期２００６年２月

哈尔滨工程大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

Ｖｄ．２７№．１Ｆｅｂ．２００６

红外无偏振效应分光棱镜的理论分析与设计

王政平，史金辉，阮顺龄，黄宗军，李庆波

（哈尔滨工程大学理学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）

摘要：当光线倾斜入射时，膜层不可避免地会产生偏振效应．在很多的实际应用中，这种偏振效应是有害的．文中

回顾了消偏振设计的研究历程，讨论了各自方法的特点．表明已见报道的消除分光棱镜偏振效应的方法不多，而且大多限于可见光波段．文中提出用于红外波段的无偏振效应分光棱镜的设计方法及其理论分析，针对不同型号玻璃基底分别给出了相应的红外无偏振效应分光棱镜膜系的具体设计，计算了红外消偏振膜系的反射率与反射相移，提

供了其计算机仿真结果，结果表明设计方案合理可行．

关键词：偏振效应；红外消偏振；反射相移；分光镜

中图分类号：０４３２．２文献标识码：Ａ文章编号：１００６—７０４３（２００６）０１—０１５７—０４

Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆｉｎｆｒａｒｅｄｎｏｎ－ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇｂｅａｍｓｐｌｉｔｔｅｒ

ＷＡＮＧ

Ｚｈｅｎｇ—ｐｉｎｇ，ＳＨＩ

Ｊｉｎ—ｈｕｉ，ＲＵＡＮＳｈｕｎ—ｌｉｎｇ，ＨＵＡＮＧＺｏｎｇ—ｊｕｎ，ＬＩ

Ｑｉｎｇ—ｂｏ

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇａｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｈｅｎｕｓｅｄａｔｏｂｌｉｑｕｅａｎｇｌｅｓｏｆｉｎｃｉｄｅｎｃｅ，ｔｈｅｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ

ａｎｄｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅｏｆｔｈｉｎｆｉｌｍｓｅｘｈｉｂｉｔ

ｓｔｒｏｎｇ

ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｆｏｒｍａｎｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔｈｉｓｅｆｆｅｃｔｉｓｕｎｄｅｓｉｒａｂｌｅａｎｄｓｈｏｕｌｄｂｅｒｅｄｕｃｅｄ．Ａｔｐｒ—

ｅｓｅｎｔ，ｏｆｔｈｅｆｅｗｍｅｔｈｏｄｓｔｏｒｅｄｕｃｅ

ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓ，ｍｏｓｔ

ａｎ

ａｒｅ

ｏｎｌｙｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔ．Ａｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄ

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ｃｕｂｅ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓ

ｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｕｂｓｔｒａｔｅｓｗｅｒｅｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄａｎｄｔｈｅｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅａｎｄｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ—ｉｎｄｕｃｅｄｒｅｔａｒｄａｎｃｅｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．

Ｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅ

ｍｅｔｈｏｄｓ

ａｒｅ

ａｃｃｅｐｔａｂｌｅ．

ｓｐｌｉｔｔｅｒ

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓ；ｉｎｆｒａｒｅｄｎｏｎ—ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ；ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ－ｉｎｄｕｃｅｄｒｅｔａｒｄａｎｃｅ；ｂｅａｍ

当光线倾斜入射时，各层光学薄膜的有效厚度

变薄．由于电场和磁场在每一个界面上的切向分量

减少多层膜偏振效应的方法ｕＪ．此方法因为反射率

很低且不可调节而实用价值不大．１９７４年Ｍａｈｌｅｉｎ提出用２层膜组成基本周期膜系来设计消偏振膜系的方法［２］．这种设计要求膜层材料的折射率远远超

出实际使用材料的折射率，因此很难在实际工作中采用．１９７６年，Ｔｈｅｌｅｎ发展了“仅用波堆”在玻璃基底上获得消偏振薄膜的方法１３Ｊ．用该法制备的膜系的消偏振性能对膜层的折射率变化十分敏感，加之

均为连续的，使薄膜对Ｐ一分量和Ｓ一分量表现出不同的有效折射率，并使膜系显示出很强的偏振效应．利用这种性质可以制成偏振分束器等光学偏振器件．但是在很多情况下，需要用到诸如无偏振效应平板分光镜、无偏振效应分光棱镜等无偏振效应的

器件．这时，由器件自身引入的这种偏振效应必须予

以消除或尽可能减小．为了解决这个问题，１９７０年，Ｃｏｓｔｉｃｈ运用等效折射率的概念设计了消偏振膜系，

提出了一种适用于有空气界面的金属一介质膜的、

膜系层数较多，所以因膜系制备困难而少被采用．

１９８３年，ＤｅＳｔｅｒｋｅ等在Ｔｈｅｌｅｎ研究基础上，将无偏振效应膜系的工作波段拓宽了Ｈ』．１９９２年，Ｇｉｌｏ提

出应用布儒斯特条件采用３种不同折射率的材料来

收稿日期：２００４—０９—２３．

实现消偏振膜系的设计［５］．近几年来，国内学者利用

基金项目：哈尔滨工程大学基础研究基金资助项目（皿ｕＦＤ４０１８）；

平湖市科技计划基金资助项目（２００４—７）．

作者简介：王政平（１９４９一），男，教授，博士生导师，Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｐｗａｉｌｇ

＠ｈｒｂｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．

金属一介质膜解决这个问题，但没有分析其相位特性［６。７］．以上所有的设计都是针对可见波段的，红外波段的消偏振膜系设计尚罕见报道．文中以Ｇｉｌｏ的

万方数据