[发明专利]去偏振器及其制备方法

说明书

一种去偏光器，包括：沉积在衬底上的光控取向层；以及沉积在所述光控取向层上的双折射层；其中所述光控取向层包括多个段，每个段具有不同的快轴取向和不同的预倾角，使得所述光控取向层的对应段上的双折射层的每个段具有不同的快轴角度和不同的双折射值。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年9月12号提交的美国临时专利申请62/049,789的权益。美国临时专利申请62/049,789的公开内容和全部教示特此通过引用并入本文。

技术领域

一般地，本发明涉及去偏振器。更具体地，本发明涉及可以去偏光光束的去偏振器。

背景技术

由于要分析的许多光学系统、光学部件和样品表现出偏振相关的行为，因此希望在将光束应用于这样的样品、光学元件或检测器之前，能对光束进行去偏振。因此，需要创建一种光学元件，其可以基本上使光束去偏振，而不管光束的尺寸、它的中心波长、光学线宽、入射角(或数值孔径)或光束的相干性。

目前用于光束去偏振的解决方案受到严重依赖于在宽带和大尺寸的光束(例如Lyot去偏振器)，或者仅在特定波长或小波长范围内是有效的去偏振器(例如美国专利2008/0049321A1)的限制。在进行样品的光谱分析的光学系统(例如分光光度计)的一个实例中，由于样品可以是偏振敏感的，因此期望使施加到样品的光束去偏振，而同时具有尽可能窄带的光束，以便获得光谱分辨率。另外，比如分光光度计的系统通过在一个波长范围上扫描探测光束的中心波长来执行在多个波长内的测量。如果在这样的系统中使用Lyot去偏振器，则性能将仅限于具有至少10纳米光带宽的光束，因为当前存在的去偏振器仅能够去偏振大带宽、消色差的光束，如专利US3433553A所描述的。此外，为了使当前存在的解决方案工作，光束将必须在尺寸上相当大(>6mm)，这对光学设计以及通过光学检测器的检测的效率施加了许多限制。

如果替代地将选择US2008/0049321A1中描述的去偏振器，则去偏振器由于是半波波片，将被限制为仅在一个特定波长或在窄波长范围内工作，这是由于具有一个单片双折射层的性质造成的，其将使去偏振器仅在小的波长范围内成为有效的去偏振器。另外，由于是半波片，这种类型的去偏振器输出具有不同快轴取向的多个线性偏振光束。但是由于光束的所有部分都是线性偏振的，所以作为去偏振器它的效率不是完美的。这种类型的去偏振器不适用于需要大光谱操作范围的应用。在上述示例中，在比如分光光度计的光谱扫描装置中，所述发明将使得该装置仅在最多几百纳米的小波长范围内有效，而分光光度计通常用于扫描的波长范围为几千纳米。

以前的产品包括Lyot和楔型去偏振器，这是最常见的商业产品，但对于可以去偏振的光束具有显著的限制。其他提出的解决方案(但尚未在商业上看到)包括对光束造成负面影响的散射去偏振器，随着时间的推移改变偏振特性的暂时去偏振，并且仅限于具有大时间尺度的应用。光纤去偏振器，其仅限于在光束被限制在光纤传输系统的情况下使用。最后，由US2008/0049321A1和US8111458建议了一种由具有不同性质的段阵列制成的去偏振器，所有这些描述了减速器(retarder)阵列，其将光束的不同部分旋转成不同的线性偏振，具有快轴的不同取向角。尽管这些去偏振器在对光束尺寸和相干光束的带宽的限制方面提供了良好的改善，但是由于仅仅是多个偏振旋转器，它们以非常有限的方式对光束去偏振，并且仅可以在非常特定的波长，这在很大程度上限制了它们的可用性，因为在可调谐激光器或宽带源的情况下需要具有多个器件。US8696134中描述的装置通过使还拥有不同相位延迟的段(类似于我们的发明)进行进一步改进，但是由于其需要大量工作以制造因而是复杂和昂贵的，因此是不实用的。此外，通过使段具有不同的厚度，设计具有由器件的不平坦表面引起的反射、散射和衍射效应的显著副作用。