没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
偏振和位相调控分光膜的设计与制备.docx
1.该资源内容由用户上传,如若侵权请联系客服进行举报
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
版权申诉
0 下载量 182 浏览量
2023-02-23
16:46:28
上传
评论
收藏 298KB DOCX 举报
温馨提示
试读
16页
偏振和位相调控分光膜的设计与制备.docx
资源推荐
资源详情
资源评论
0. 引 言
量子通信是利用量子叠加态和纠缠效应进行信息传递的新型通信方式,基于量子力学
中的不确定性、测量坍缩和不可克隆三大原理提供无法窃听和计算破解的绝对安全性保
证,主要分为量子隐形传态和量子密钥分发两种。量子隐形传态目前处于理论和实验探索
阶段,离实用尚有很大差距;量子密钥分发,借量子叠加态的传输测量实现通信双方安全
的量子密钥共享,采用一次一密的对称加密体制,即通信双方均使用与明文等长的密码进
行逐比特的加解密操作,实现无条件的绝对安全的保密通信,分光膜是量子密钥分发系统
中一种重要光学元件。当光倾斜入射到普通分光膜元件时,将会产生 S 偏振光和 P 偏振光
分离,入射角度越大,分离量越大,产生的偏振效应越强,同时也会产生严重的位相差,
将影响量子密钥分发系统的性能,造成严重的误码率
[1]
,因此,需要通过光学薄膜元件偏
振和位相调控技术进行抑制,研制能够满足位相和偏振要求的分光膜元件,对整个系统意
义重大。国内外在偏振和位相调控技方面展开了相关研究,V R Costich 通过不同折射率匹
配设计消偏振的分束器
[2]
,顾培夫等人利用宽带 F-P 消偏振特性,设计长/短波通截至滤光
片
[3]
,马小风等人设计偏振效应可调的减反射膜
[4]
,但是针对文中研究的宽波段特殊分光比
的消偏振位相调控膜没有找到相应的文献报道,具有一定研究价值。
1. 膜系设计与制备
基于空间量子通信的技术要求进行分光膜系的设计,允许有一定的吸收,具体技术要
求如表 1 所示。
表 1 分光膜的技术要求
Tab. 1 Technical requirements of beam splitter
Average
T
:
R
@1500-1600 nm
(8±2)∶
(92∓2∓2)
|Ts−Tp||Ts−Tp| and |Rs−Rp||Rs−Rp|
≤3%
|Δt||Δt|@1530 nm, 1540 nm, 1550 nm,
1560 nm
≤7°
|Δr||Δr|@1530 nm, 1540 nm, 1550 nm,
1560 nm
≤10°
下载: 导出 CSV
| 显示表格
1.1 理论依据
文中采用对称膜系的等效层设计理念
[5-6]
,以膜系(qpq)为例,来解释对称膜系在数
学上存在等效层的概念。对称膜系特征矩阵为:
Mpqp=[M11M21M12M22]=[cosδqiηqsinδqisinδq/ηqcosδq][cosδpiηpsinδpisinδp/ηpcosδp][cosδqiηqsinδqisinδq/ηqcosδq]Mpqp=[M11M12M21M22]=[cosδqisinδq/ηqiηqsinδqcosδq][cosδpisinδp/ηpiηpsinδpcosδp][cosδqisinδq/ηqiηqsinδqcosδq]
(1)
式中:M 表示特征矩阵符号;δqδq 表示 q 层的位相厚度;δpδp 表示 p 层的位相厚
度;ηqηq 表示 q 层的有效导纳;ηpηp 表示 p 层的有效导纳。
由于对称膜系的特征矩阵和单层膜的特征矩阵具有相同的性质,可表示为:
M=[M11M21M12M22]=[cosΓisinΓisinΓ/EcosΓ]M=[M11M12M21M22]=[cosΓisinΓ/EisinΓcosΓ]
(2)
式中:E 为等效折射率;ΓΓ 为等效位相厚度。
因此,对称膜系(qpq)可以用等效单层膜来描述,该等效层的等效折射率 E 和等效
位相厚度 ΓΓ 可以由以下公式确定:
Eqpq=ηq⎡⎣⎢⎢⎢⎢sin2δqcosδp+12(ηqηp+ηpηq)cos2δqsinδp−12(ηqηp−ηpηq)sinδpsin2δqcosδp+12(ηqηp+ηpηq)cos2δqsinδp+12(ηqηp−ηpηq)sinδp⎤⎦⎥⎥⎥⎥1/2Eqpq=ηq[sin2δqcosδp+12(ηqηp+ηpηq)cos2δqsinδp−12(ηqηp−ηpηq)sinδpsin2δqcosδp+12(ηqηp+ηpηq)cos2δqsinδp+12(ηqηp−ηpηq)sinδp]1/2
(3)
Γ=arccos[cos2δqcosδp−12(ηqηp+ηpηq)sin2δqsinδp]Γ=arccos[cos2δqcosδp−12(ηqηp+ηpηq)sin2δqsinδp]
(4)
1.2 膜系设计
分光膜系设计的基本原则是在确定的衬底材料表面,使用最少的膜层,实现分光比要
求,同时满足薄膜材料与衬底之间及薄膜材料之间的应力匹配,保证薄膜元件的可靠性。
根据表 1 所示的分光膜技术要求,采用“介质+金属+多层介质膜”的复合结构,其示意图如图
1 所示,实现宽光谱能量的分光及位相调控。根据以上原则,偏振和位相调控分光膜的设
计方法如下:(1)考虑薄膜材料的透明区、折射率、吸收系数及应力匹配,选择 4 种不同
折射率的薄膜材料,其中 J 代表金属材料,H、M 及 L 分别代表高、中、低折射率介质薄
膜材料;(2)在薄膜材料确定的情况下,改变层数和厚度,可以得到不同等效位相 ΓΓ 和
等效折射率 E,故可以采用 MJM 和 HLH 这样的对称膜系结构,初始膜系结构为:G|MJM
HLH|AIR,其中 G 代表衬底,AIR 代表空气。为满足 1500~1600 nm 波段光谱要求及偏振
和位相的调控,可在初始膜系结构最外层增加 L 有利于优化设计,此时初始膜系结构变
为:G|MJM HLHL|AIR。(3)设定优化目标。采用 Simplex 和 Quasi Newton 等多种优化方
式,对各层薄膜厚度反复优化迭代,得到最终的优化结果。采用该方法可以在常见的光学
玻璃材料上,获得较好的分光膜优化结果。
图 1 分光膜结构示意图
Fig. 1 Structure diagram of beam splitter structure
下载: 全尺寸图片 幻灯片
金(Au)、银(Ag)、铝(Al)等是薄膜制备常采用的金属材料,其中 Ag 膜是已知
金属材料中偏振效应最小
[7-8]
,可优先选择。对于介质薄膜材料的选择,需要充分考虑光学
特性,应力匹配等因素,选择 SiO
2
、Al
2
O
3
、和 Ta
2
O
5
三种介质薄膜材料
[9-12]
,用于分光膜
偏振和位相的调控。基于以上设计方法和镀膜材料选择,采用 Essential Macleod 膜系设计
软件,参考波长 1700 nm,入射角度 45°,对基础膜系进行优化,优化结果为 G|0.37444
M0.00438 J0.04772 M 0.07484 H0.19293 L0.22524 H0.25465 L|AIR,M 代表 Al
2
O
3
,J 代表
Ag ,H 代表 Ta
2
O
5
,L 代表 SiO
2
,理论设计光谱透过率曲线如图 2 所示,光谱反射率曲线
如图 3 所示,透射位相如图 4 所示,反射位相如图 5 所示。
剩余15页未读,继续阅读
资源评论
罗伯特之技术屋
- 粉丝: 3691
- 资源: 1万+
下载权益
C知道特权
VIP文章
课程特权
开通VIP
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功