[发明专利]一种350-2700nm波段的消色差补偿器

说明书

本发明公开了一种350‑2700nm波段的消色差补偿器，包括三种双折射材料，六片式双折射晶体波片组合而成；其中为两片石英晶体波片、两片氟化镁晶体波片和两片蓝宝石晶体波片，组合顺序为石英晶体波片、氟化镁晶体波片和蓝宝石晶体波片间隔排列，六片晶体波片的光轴躺在通光面内，组合时，六种双折射波片的光轴分别成一定角度，组成叠加式补偿器，λ/4消色差补偿器在350‑2700nm整个波长范围内，延迟精度优于λ/300。

技术领域

本发明专利涉及光学元件中的一种补偿器，尤其是一种350-2700nm波段的消色差补偿器，使用范围在350-2700nm。

背景技术

能使两个在相互垂直方向上振动的场矢量产生一定的光程差或者相位差的装置，称为补偿器，补偿器能对振动方向相互垂直的两束线偏振光产生连续改变即可控制的相位差。传统的补偿器有单片晶体结构的补偿器、消色差补偿器、巴比涅补偿器以及索利尔-巴比涅相位补偿器。

单片晶体补偿器：一般利用石英晶体，只能对单波长的延迟精度较好。

消色差补偿器：一般利用石英晶体和氟化镁晶体组合而成，在一定波长范围内，具有很高的延迟精度，市面上使用比较多，但是波长范围很窄。

巴比涅补偿器：是由两个同质的石英晶体劈组成，这两个劈的光轴相互垂直，其缺点是必须使用极细的入射光束，因为宽的光束的不同部分会产生不同的相位差。

索利尔-巴比涅相位补偿器：是由两个平行的石英劈和一个石英平面板组成，石英板的光轴与两劈的光轴垂直，上劈可由微调螺丝使之平行移动，从而改变光线通过两劈的总厚度得到某波长的相位值。

补偿器可以在任何波长上产生所需要的延迟量，可以补偿及抵消一个元件的自然双折射；也可以在一个光学器件中引入一个固定的延迟偏置；经校准定标后，还可以用来测量待求波片的相位延迟。因此在很多光学仪器中，有着广泛的应用价值。

但在激光系统、光通讯器件以及光测试测量仪表、数码相机等消费行业的偏振系统，偏振光路中需要使用宽波段的消色差波片。现有的结构往往是单波长补偿或者是有限波段内的补偿，本发明将以上应用需求结合起来，发明了一种350-2700nm波段的消色差补偿器，可以实现整个波段350-2700nm内的消色差补偿。

发明内容

现有方法的缺点：一般是单波长补偿或者是有限波段内的消色差补偿，而有限波段内取决于材料的性能，波带宽度一般300nm左右，无法再拓宽。

为了解决上述宽带消色差补偿器的问题，本发明提供方法方案为：在传统的消色差补偿器的基础上，采用三种双折射晶体，六片式结构，三种双折射晶体各不相同，每种双折射晶体在结构中使用两次。

一种350-2700nm波段的消色差补偿器的设计方法，对现有的双折射晶体材料进行双折射匹配，发现氟化镁晶体、石英晶体和蓝宝石晶体的双折射能够满足设计要求。组合结构为六片式结构，排列顺序石英晶体波片、氟化镁晶体波片和蓝宝石晶体波片间隔排列，六片晶体波片的光轴躺在通光面内，组合时，六片双折射波片的光轴分别成一定角度，组成叠加式补偿器。设计时，在350-2700nm整个波长范围内，通过三种材料的色散方程、波片的琼斯矩阵和光轴角度进行矩阵计算，以及利用软件进行全局优化，得到六片双折射晶体波片的厚度和光轴角，角度范围在0-180°之间，六种双折射波片的单个晶体波片厚度范围为0.01~2.0mm，然后组合在一起，满足了350-2700nm整个波长的宽带消色差。

进一步，采用本发明设计的一种350-2700nm波段的四分之一消色差补偿器，在350-2700nm整个波长范围，延迟量变化在±1°范围内，延迟精度优于λ/300。

进一步，采用本发明设计的一种350-2700nm波段的二分之一消色差补偿器，在350-2700nm整个波长范围，延迟量变化在±2°范围内，延迟精度优于λ/150。