[发明专利]双棱镜四分之一波片

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件领域，尤其涉及一种双棱镜四分之一波片。

背景技术

四分之一波片（λ/4波片）是一种重要的基础光学元件，常作为偏光器件中的一个重要组成部分，其功能是实现光的偏振态的转换。随着经济和技术的发展，光的偏振特性越来越受到重视。但由于λ/4波片是一种较古老基础的光学元件，所以要实现革新具有相当的难度。

λ/4波片有多种，从材料上分类为晶体波片和非晶体波片两种，其中非晶体波片指的是玻璃波片。

晶体波片中，由于o光（寻常光）和e光（非寻常光）的折射率不一样，经过晶体后两种光会产生光程差，如图1所示，当光通过厚度为d的晶体，其光程差满足：|n_o-n_e|d=λ/4 时，该波片即为λ/4波片，其中n_o和n_e分别为o光和e光的折射率。

但由于n_o-n_e的值很大，导致d的值会很小，因此做出来的波片很薄，强度差。所以，一般通过|n_o-n_e|d=λ/4+nλ，做多级λ/4波片来解决。而通常情况下n_o-n_e同温度和波长有关，多级λ/4波片在温度变化时光程差λ/4+nλ的变化很大，波片性能受到影响。波长同时变化时其变化就更明显。

因此，目前常用的零级λ/4波片如图2所示，是由两个晶体复合而成。当光线进入第一个晶体后如果是o光，那么进入第二个晶体则变成e光；相反，第一个晶体中的e光进入第二个晶体后则变成o光。如果复合晶体的厚度满足：|(n_o-n_e)(d₁-d₂)|=λ/4，则成为零级λ/4波片。晶体波片的好处是入射光线和出射光线同轴，使用起来方便；但是，晶体的n_o-n_e受到波长影响较大，不适用于宽谱光入射的情形。

使用玻璃材料设计波片时，运用的是全内反射时的位相改变特性：

光在发生反射时，电矢量与入射面平行的分量为p分量，与入射面垂直的分量为s分量。和分别表示p分量和s分量在发生全反射时的位相跃变，n₁和n₂分别是玻璃和外面介质的折射率，θ为入射角。当入射角合适时，可以使得为某一特定的位相值，并可因此设计满足要求的波片。如图3所示，入射光进入玻璃棱镜后发生两次全内反射后出射，且满足：，则该玻璃棱镜可作为λ/4波片使用。

玻璃材料设计的λ/4波片对光波长不敏感，适用于宽谱光入射的情形。但是，这种波片的出射光和入射光虽然平行，却不同轴，因此使用调节时极其不方便。

总的来说，现有技术中，晶体波片受到波长影响，存在色差，且成本昂贵，但其出射光与入射光同轴，使用方便，适用于单波长光；而玻璃波片不受波长影响，色差很小，且成本便宜，但其出射光与入射光平行但不同轴，使用不方便，较适用于多波长光或连续波长光。两者都存在一定的优缺点，不能实现将两者优点的统一。

发明内容

本发明的主要目的就是针对现有技术的不足，提供一种低成本、使用方便、色差很小、受温度影响小的双棱镜四分之一波片。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种双棱镜四分之一波片，具有由非晶体材料的两个八分之一棱镜或两个八分之三棱镜全对称结合组成的双棱镜结构，所述四分之一波片的出射光束与入射光束同轴。

优选地，非晶体材料的外面介质为空气，

非晶体材料的相对折射率为n_a，n_a＞n₀，其中n₀是只有一个零点时n₁/n₂的值，

所述全对称双棱镜结构的入射角为相对折射率为n_a时，的点对应的θ，

其中，，，n₁为全内反射非晶体折射率，n₂为外面介质折射率。

优选地，非晶体材料的外面介质为折射率匹配液，

非晶体材料由折射率匹配液调节后的相对折射率为n_c，n_c=n₀或n_c≈n₀，其中n₀是只有一个零点时的值；