[发明专利]负折射单元偏光分束棱镜及偏光分束方法无效

专利信息
申请号: 201310233209.8 申请日: 2013-06-13
公开(公告)号: CN103293586A 公开(公告)日: 2013-09-11
发明(设计)人: 吴闻迪 申请(专利权)人: 曲阜师范大学
主分类号: G02B5/30 分类号: G02B5/30
代理公司: 济南舜源专利事务所有限公司 37205 代理人: 曲志波
地址: 273165 山*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 折射 单元 偏光 棱镜 方法
【说明书】:

技术领域

本发明公开了一种在单轴双折射晶体棱镜中寻常光(o光)发生常规折射,非常光(e光)经非常折射发生负折射,进而o、e光经过全反射、出射晶体后产生大角度分束的偏光分束方法及单元结构负折射偏光分束棱镜,属于光学器件技术领域。

背景技术

偏光器件是激光技术和偏光应用技术领域中的重要器件,偏光分束棱镜是偏光器件的一个重要门类。其研究与开发对光通信、光信息处理、光学测试、激光技术及光计算等现代光学技术的发展具有重要意义。本发明作出以前,常见的偏光器件常采用多元设计,抗光损伤阈值较低,胶合层在某些条件下对器件的结构及性能会有影响,器件的功能也较单一,给实验与应用带来诸多不便。

 激光和光调制应用技术的发展和新应用领域的开拓,对偏光分束棱镜提出了一些新的要求:(1)要求尽量减少设计、加工过程中对器件分束、起偏性能有影响的方法和步骤,并尽可能使棱镜具有更大的分束角和更高的消光比,以适应高技术和精密测试应用的需要。(2)要求器件尽可能具有更多的功能,以利于仪器设备及实验装置的简单化和小型化以及单一器件的多种用途,从而提高其可靠性和性价比。

Wollaston棱镜是由两块晶体光轴共面且方向相互垂直的晶体组成,这是目前应用最为广泛的偏光分束镜。制作棱镜的原材料一般采用冰洲石晶体,这是一种天然单轴双折射晶体,目前还无法进行大块的人工生长。棱镜的其工作原理为:入射的非偏振光进入棱镜的前半部分后分为光矢量平行于晶体光轴的e光和垂直于晶体光轴的o光;因为e、o光波的折射率的不同,在胶合层中的折射角也不同;由于后半部分的晶体光轴与前半部分垂直,因此前半部分的e光成为o光,o光成为e光,导致胶合层中的两束光进入后半部分后分开的角度进一步扩大;两束光经棱镜出射端面的折射而得到棱镜所产生的分束角度。棱镜的分束角可达15°,透射率为85%(针对632.8nm激光入射)。

Wollaston棱镜由两块晶体构成,这会造成棱镜透射比偏低,制作工艺中,两块晶体采用胶合剂进行胶合,使得器件的激光抗损伤阈值较低,机械性能一般,而且制作复合型棱镜需耗费大量的原材料,这对于天然晶体的利用是个致命缺陷。

专利偏光分束棱镜及偏光分束方法(201010110065.3)是一种单元结构,左侧(入射)面、右侧(出射)面、顶(反射)面抛光;其工作原理为:o光直接通过单轴双折射晶体棱镜,出射后保持与入射光束同向;在入射端面发生非常折射的e光在单轴双折射晶体棱镜顶面发生一次全反射,到达出射端面再次经过非常折射,出射后将会与出射的o光产生分束角。这种棱镜产生的分束角相对入射光方向是向一边偏折的。

发明内容

鉴于上述状况,有必要提供一种可提高材料利用率,能够实现出射的两束线偏振光相对入射光方向向两边偏折的大角度偏光分束,消光比高,透射率高,具有高损伤阈值和较好机械性能的偏光分束棱镜。

本发明提供了一种在单轴双折射晶体棱镜中寻常光(o光)发生折射-全反射-折射,非常光(e光)经负折射-全反射-非常折射的偏光分束方法及一种具有较高性能指标,利用单元晶体棱镜结构实现类似Wollaston棱镜分束效果的负折射单元偏光分束棱镜。

本发明所述的偏光分束方法,其机理是:光在单轴各向异性晶体棱镜中传播,分成两束振动方向相互垂直的平面偏振光,常称o光和e光;o光经入射端面遵守折射定律发生正常折射;e光在入射端面发生非常折射,而e光的非常折射在入射角为一定角度范围的情况下会出现反常的负折射现象;之后o光达到晶体棱镜的底面发生全反射,而后在出射端面再次折射以一定角度出射;e光达到晶体棱镜的顶面发生全反射,而后在出射端面发生非常折射以一定角度出射。出射棱镜后,o、e光将相对入射光方向向两边偏折产生一定的分束角。由于偏振分束的过程是由单元晶体结构棱镜完成的,使得本发明偏光分束方法及棱镜透射比、消光比和抗光损伤阈值高,机械性能好,并体积小节省原材料。

本方案是通过如下技术措施实现的:一种负折射单元偏光分束棱镜,其特征是它是由天然冰洲石晶体制成的单块长方体构成,入射端面,出射端面,顶部反射面和底部反射面均为抛光面;入射端面与出射端面平行,顶部反射面与底部反射面平行。

一种负折射单元偏光分束棱镜,其特征是入射光的波长范围为300~1800nm,棱镜光轴角αo(晶体光轴与直角坐标系x轴的夹角)取值范围是25~65度,光入射晶体时,e光线必须在入射端面处发生负折射,入射角取值范围是1~8度。

本方案的具体特点还有,棱镜的长度-孔径比为17。

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