[实用新型]基于单轴晶体正负折射的偏光分束棱镜

说明书

本实用新型涉及光学领域，特别是一种基于单轴晶体正负折射的偏光分束棱镜。 

负折射作为一种独特的物理现象是近几年来一个新兴的研究领域，它向人们展示了一个新奇的光学世界。到目前为止，人们只在左手材料，光子晶体和双折射晶体的界面处观察到负折射现象。由于自然界中并不存在左手物质和光子晶体，在双折射晶体中所观察到的负折射与在左手材料和光子晶体中所观察到的负折射有着本质上的差别。近期的研究结果[X. L. Chen, Ming He, YinXiao Du, W. Y. Wang, D. F. Zhang, Negative refraction: An intrinsic property of uniaxial crystals, Physical Review B 72, 113111 (2005)]表明：在双折射晶体中所观察到的负折射仍然满足波矢量、电场矢量和磁场矢量的右手旋法则，本质上是由于晶体折射率的各向异性所导致的入射光和折射光位于分界面法线同一侧的光学现象。因此，只要选择合适的入射角的角度范围以及入射端面和晶体光轴的切角就能在双折射晶体的界面处观察到负折射现象，这些新的发现对于研究晶体元件中光传输的控制提供了一条新的思路。 

偏光分束棱镜是偏光信息处理和偏光技术应用的核心元件，主要包括光学薄膜偏光分束棱镜和双折射晶体偏光分束棱镜两大类，而目前使用较多的是双折射晶体偏光分束棱镜。由于人们长期以来一直认为双折射晶体只能发生正折射现象，因而以往设计的双折射晶体偏光分束棱镜并未考虑负折射的应用。另外，传统的双折射晶体偏光分束棱镜均采用入射端面垂直晶体光轴或平行于晶体光轴的多元设计方案，对原材料的消耗较大，加工工艺也较为复杂，且在大功率激光应用中，多元晶体具有抗损伤阈值低等缺点。因此，利用双折射晶体的负折射特性来设计新型、简单、高效的晶体偏光分束棱镜是十分必要的。 

本实用新型的目的是提供一种基于单轴晶体正负折射的偏光分束棱镜。 

本实用新型采用的技术方案是： 

基于单轴晶体正负折射的偏光分束棱镜是由单块具有负折射特性的单轴晶体组成的直角三角形晶体偏光分束棱镜。

基于单轴晶体正负折射的偏光分束棱镜是由单块具有负折射特性的单轴晶体组成的直角三角形晶体偏光分束棱镜。

上述的负折射特性是指，由于晶体折射率的各向异性所导致的入射光和折射光位于分界面法线同一侧的光学现象。 

上述偏光分束棱镜的机理是指，自然光在单轴晶体中传播时，由于晶体折射率的各向异性会产生寻常（o）光和非常（e）光，o光在单轴晶体中发生正折射，e光在单轴晶体中发生负折射，从而实现偏振分束。 

上述偏光分束棱镜的技术特征包括两个方面： 

1）晶体入射端面的法线和晶体光轴成一定的切角θ₀，且θ₀同o光折射率n_o和e光折射率n_e之间满足数学关系式tanθ₀= 。

2）直角三角形晶体锐角的大小由e光发生负折射的角度范围来决定，e光发生负折射的最大角度与n_o、n_e之间满足数学关系式，的角度范围为θ_rm<<2θ_rm。 

本实用新型的有益效果是：本器件利用单轴晶体的正负折射特性实现了偏振分束，两个偏振态的光束都工作在透射模式，具有小尺寸、工艺简单、抗损伤阈值高、分束角大等优点。 

本实用新型的有益效果是：本器件利用单轴晶体的正负折射特性实现了偏振分束，两个偏振态的光束都工作在透射模式，具有小尺寸、工艺简单、抗损伤阈值高、分束角大等优点。 

 图1 直角三角形晶体偏光分束棱镜的结构示意图。 

 图2 棱镜的偏光分束原理示意图。图中虚线表示晶体斜面的法线。