VirtualLab Unity應用:平板型中性分光鏡

本案例中,通過分別設計分光膜與減反射膜,并將其分別鍍制在平板基板的兩側,成功實現了一種在可見光波段、45° 入射條件下具有 50:50 分束比的平板型中性分光鏡。
許多光學儀器需要將光束分成兩個方向傳播的透射光和反射光,此類分光裝置通常采用中性分光鏡。中性分光鏡常見的結構有兩種,其中平板型結構因其構造簡單、性能穩定,廣泛應用于光學實驗和工業系統中。
摘要
VirtualLab Unity應用:平板型中性分光鏡的圖2

設計一個平板分光鏡,包含一個分光膜和一個減反射膜。使其在可見光范圍內、45° 入射條件下實現 50:50 的分光比。平均透射率或平均反射率的偏差不得超過 ±8%,即應控制在 42%–58% 范圍內。
應用場景
VirtualLab Unity應用:平板型中性分光鏡的圖3

設計結果

VirtualLab Unity應用:平板型中性分光鏡的圖4

設計流程
設計結果如圖所示,在可見光范圍內、45° 入射條件下的平均反射率為 51.1%,其最大值與最小值的偏差均在 ±8% 以內,滿足設計要求。
VirtualLab Unity應用:平板型中性分光鏡的圖5

該分光膜的初始結構是四分之一波長膜堆。 

VirtualLab Unity應用:平板型中性分光鏡的圖6

關于公式工具的更多信息:   Tutorial 02: Formula Tool

VirtualLab Unity應用:平板型中性分光鏡的圖7

關于優化的更多信息:   Tutorial 01: Optimization Workflow
使用公式工具構建了上述膜系作為基礎結構,右圖展示了其在可見光波范圍內0°入射時的光譜。可以看出此時在的透射率不達標
VirtualLab Unity應用:平板型中性分光鏡的圖8

優化后的膜系在 0° 入射下已滿足設計指標,但在 45° 入射時(黃色虛線),最大反射率超出設計要求 8%,因此后續仍需進行角度匹配調整。 

VirtualLab Unity應用:平板型中性分光鏡的圖9

關于角度匹配的更多信息:   Tutorial 03: Match Angle 
角度匹配后的分光膜已經滿足了設計指標。
VirtualLab Unity應用:平板型中性分光鏡的圖10

之前分光膜的設計基于理想情況,未考慮實際鍍制在平板上所引入的額外反射。因此,需要在平板背面增加減反射膜以降低反射率。本設計中使用了已優化的可見光減反射膜。然而,由于該減反射膜是針對 0° 入射角優化的,在 45° 入射條件下(黃色虛線)減反效果較差,因此后續仍需進行角度匹配優化。

VirtualLab Unity應用:平板型中性分光鏡的圖11

關于角度匹配的更多信息:   Tutorial 03: Match Angle 
角度匹配后的減反射膜光譜如上圖所示。
VirtualLab Unity應用:平板型中性分光鏡的圖12

如上圖所示,通過將分光膜和減反射膜分別鍍制在玻璃基板的兩側,構成了一個平板型分光鏡。 

平板分光鏡的光譜如上圖所示。與未鍍減反射膜的情況(藍色虛線)相比,添加減反射膜后透射率有所提升(綠色曲線)。黃色曲線表示理想條件下的光譜表現。

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