[实用新型]一种宽带光偏振态转换装置

说明书

本实用新型属于光学技术领域，该装置用于将自然光高效率地转换成线偏振光。

许多光学仪器，特别是大屏幕投影液晶电视机，仍采用高色温的白炽灯作为光源，包括卤钨灯、金属化卤钨灯等。这些光源辐射的光为宽频带自然光，它包含一对正交的偏振光分量，两个分量的强度大致相等。在许多应用中，例如在大屏幕投影液晶电视机中，仅给定方向的线偏振光采能适用。将自然光的偏振态转换成为线偏振态，公知的方案是起用偏振器件，例如偏振片、偏振棱镜，这些方案的共同缺点在于仅一个偏振分量被利用，另一偏振分量被反射或吸收。定义偏振态转换效率

η_P＝ (I_p)/(I_o) （1）

及

η_S＝ (I_s)/(I₀) （2）

式中I_O是输入器件的总光强，I_P和I_S分别为输出的平行于入射平面的偏振光分量和垂直于入神平面的偏振光分量的强度，则公知的方案的转换效率均低于50％，表明一半以上的能量损失掉，或成为背景杂光，降低了成像的反差。

本实用新型的发明目的是，设计一种偏振光的转换装置，它适用于宽频带（400－750nm），并具有将偏振分光和偏振面旋转的功能结合起来的特点，以新的技术特征实现宽带、高效率的光偏振态转换。

下面结合附图对该实用新型的技术方案详述如下：

本实用新型的光学系统见图1、图2，它是由快带偏振分光棱镜（1）及在其下侧或右侧与其成一定夹角放置的宽带反光镜（2）（此夹角可以选特定的45°、30°等角度，也可以是在0°－90°范围内可调节的任意角度。）和与宽带反光镜成一定夹角（含45°夹角）放置的半波片（3）构成一体。其中（1）为宽带偏振分光棱镜，适用波长范围为400－750nm；在该范围内的光波射入（1）后，透过（1）的平行偏振分量的强度为I_P′，从（1）反射的垂直偏振分量的强度为I_S。其中反射光再通过宽频带（400nm－750nm）反光镜（2）再次反射，即宽带将偏振光分光棱镜所反射或透射的偏振光分量之一，被宽带反光镜的再次反射而反射到所要求的方向，而且宽带反光镜与宽带偏振分光棱镜的适用频带是一致的。并通过半波片（3）的旋转来调节实现，而且半波片是与光轴方向垂直的。半波片采用云母构成，它相对于中心波长（例如600nm或550nm）的光波相位延迟为π。由于云母主轴折射率差的色散效应不明显，所一在整个可见光波段（400nm－750nm）的光波相位延迟近似不变。旋转半波片3到某一角度，从3出射的光波偏振平面近似与1出射光波的偏振态一致，同时，半波片与适用频带中心波长一致。设其强度为I_P′。从而实现了将自然光转换成线偏振光的目的。

由于自然光的两个正交分量通过本装置后均转换成为同方向的线偏振光（或近似的线偏振光），因此转换效率很高。本装置的转换效率为：

η＝ (I_p′I_p″)/(I_o) （3）

本实用新型的优点及积极效果是：该技术方案即所述的宽带光偏振态转换装置它是由宽带偏振分光棱镜、宽带反光镜和半波片科学而巧妙的构成特定的光学系统而设计的光学装置。该装置使入射的宽带自然光的一对正交分量均转换或同方向的线偏振光或近似的线偏振光。本装置具有高转换效率、结构紧凑的特点，成本较低，适用于科学研究和光学仪器，特别适用于大屏幕投影液晶电视机中光源的偏振态转换。

附图说明

图1 光学系统图（输出平行偏振光）

1 宽带偏振分光棱镜

2 宽带反光镜

3 半波片

图2 光学系统图（输出垂直偏振光）

1 宽带偏振分光棱镜

2 宽带反光镜

3 半波片

本该实用新型的实施例见图1。该光学系统中输出平行偏振光，宽带偏振分光棱镜的尺寸为60nm×60nm×60nm，宽带反光镜尺寸为60nm×85nm×4nm，半波片尺寸为60nm×60nm，适用波段为400nm－750nm。为了减少透射表面的反射损失，宽带偏振分光棱镜的表面全部镀增透膜。

本实用新型的实施例之二是另一种典型的应用光学系统见图2。在该光学系统中输出垂直偏振光，其中（1）为宽带偏振分光棱镜，适用波长范围为400nm－750nm；在党范围内的光波射入（1）后，透射的平行偏振分量经反光镜（2）反射后，再经过半波片（3）转换偏振方向，使它与直接从宽带偏渣分光棱镜（1）反射的光的偏振方向一致（图为垂直偏振分量）。