CN102031559B - 一种晶体的制备方法及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光及光学领域，尤其涉及光学晶体。本发明利用提拉法生长晶体在提拉方向上晶体折射率呈层状不均匀分布的特点，采取沿提拉方向加工层状结构的晶体，使通光方向垂直或接近垂直提拉方向，利用该类型晶体折射率分布不均匀的特点制作退偏器或位相片；采取沿提拉方向加工层状结构的各向同性晶体，使通光方向垂直或接近垂直提拉方向，利用单块或者多块该类型晶体的级联制作位相混乱的位相片。本发明提出一种晶体的制备方法及利用该晶体实现光学退偏器或光学位相片的应用，来取代已有技术的光学退偏器或光学位相片，克服了已有技术中存在的各种不足。
Description
技术领域
本发明涉及激光及光学领域，尤其涉及光学晶体。
背景技术
激光在通信、激光显示等领域的应用拥有诸多优势，例如：潜在带宽容量巨大、显示亮度高、准直性好等，随着应用的深入，由光的偏振以及同相位干涉所带来的不利影响越来越不可忽视。这些影响包括但不仅局限于：光纤中的偏振模色散；无源光器件中的偏振相关损耗，投影应用中的散斑（Speckle）效应等，使用退偏器或相位片是消除相关问题的非常有效的手段。常规的退偏方式主要包括漫反射退偏、散射退偏、使偏振光通过散射型等介质或具有梯度相位差的双折射材料等。漫反射退偏以及散射退偏存在损耗大且退偏效果不佳的问题，而常规的双折射晶体退偏方式加工工序则较为复杂，且对于小光斑难以实现较好的退偏效果，在相位片的制作方面，通常的做法是通过制作相位差不均匀分布的延迟片来实现，在实际操作方面无法做到足够的随机性。这无疑限制了激光在光通信、激光医疗、激光切割、激光显示等领域的应用。
发明内容
因此，本发明针对上述所言的各种不足，提出一种晶体的制备方法及利用该晶体实现光学退偏器或光学位相片的应用，来取代已有技术的光学退偏器或光学位相片，克服了已有技术中存在的各种不足。
本发明的技术方案是：
一种晶体的制备方法，具体是：通过提拉法生长的晶体在生长过程中，控制提拉速度的变化或改变晶体中掺杂离子浓度，获得不同层的晶体晶格参数会有所改变的晶体。
进一步的，所述的晶体可以是双折射晶体。也可以是其他普通光学晶体。
进一步的，将与所述的晶体沿生长时的提拉方向平行的面抛光，形成晶体片的通光面。
利用上述的制备方法而获得的晶体在光学上的用途，具体是：利用该晶体不同层的折射率的差异，通过的激光在晶体片的通光面上不同位置o、e光具有随机的相位延迟差，从而经过该晶体片的激光在光斑的不同位置具有不同的偏振态，从而制成光学退偏器或光学位相片。
进一步的，所述的晶体片是1块。
或者，所述的晶体片是两块或两块以上的级联结构。如果是级联结构，所述的级联结构可以采用光胶、深化光胶或键合的方法将晶体片连接在一起或者仅是光学接触或者间隔一定距离放置。
进一步的，所述的激光是垂直晶体片的通光面入射或者以一定夹角入射。
本发明的技术方案，提出一种晶体的制备方法来制备特殊结构的晶体来加工成晶体片而取代已有技术的光学退偏器或光学位相片，克服了已有的光学退偏器或光学位相片中存在的各种不足。
附图说明
图1是本发明的晶体制备方法的示意图。
图2是本发明的晶体的光学相位片应用的实例示意图。
图3是本发明的晶体的光学相位片应用的另一实例示意图。
图4是本发明的晶体的光学退偏器应用的实例示意图。
图5是本发明的晶体的光学退偏器应用的另一实例示意图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
通过研究提拉法生长的晶体的特性，我们发现在有些晶体生长过程中，其中的某种组分会发生挥发，而有的晶体中某些掺杂离子存在分离系数不等于1的问题，在晶体生长的不同阶段，熔体中的组分发生变化，从而导致生长出的晶体不同层的晶体晶格参数会有所改变，这样不同层的晶体的折射率或o、e光的折射率差值（双折射晶体的情况下）存在着差异。通过人为控制提拉速度的变化或改变晶体中掺杂离子的含量可以实现更大或更密集的不同层间晶体折射率的变化差异。沿提拉方向加工双折射晶体，使通光方向垂直或接近垂直提拉方向，此时在晶体通光面上不同位置o、e光具有随机的相位延迟差，这使得经过晶体的激光在光斑的不同位置具有不同的偏振态，从而在整体上实现退偏。通过该类器件后光斑不同位置的相位呈现不均匀分布，从而也实现了相位片的功能。通过多块晶体的叠加，则可以实现偏振无关的退偏以及多维相位片的功能。在提拉方向加工各向同性晶体，使通光方向垂直或接近垂直提拉方向，此时通过晶体的激光在光斑的不同位置具有不同的相位延迟，使得最终出射的激光在光斑的不同位置具有不同的相位，从而实现了相位片的功能。通过多块晶体的叠加，则可以实现多维相位片的功能。
参阅图1所示，晶体在生长过程中控制提拉速度的变化或改变晶体中掺杂离子浓度使所生长的晶体在沿提拉方向形成具有不同折射率或者折射率差的层结构。
图2所示为本发明的晶体用作相位片的一个实例，入射光通过本发明的具有层结构的晶体位相片。当提拉方向垂直晶体光轴方向，入射光偏振方向与晶体光轴平行或者垂直（双折射晶体情况下），且入射光垂直入射面时，出射光仅仅是相位面发生混乱而不改变偏振态。入射光可以与晶体表面垂直也可以有一定的夹角，在各向同性晶体情况下，夹角将导致出射光将发生一定的平移；对于双折射晶体，夹角将导致偏振的改变以及o、e光的分离。
图3所示结构为本发明的晶体用作相位片的另一个实例，301、302为具有层结构的晶体位相片，其放置方式为提拉方向相互垂直。晶体位相片301与晶体位相片302可以采用光胶、深化光或键合等方法连接在一起，也可仅是光学接触或间隔一定距离。入射光可以与晶体表面垂直也可以有一定的夹角，在各向同性晶体情况下，夹角将导致出射光将发生一定的平移；对于双折射晶体，夹角将导致偏振的改变以及o、e光的分离。
图4所示为本发明的晶体作为光学退偏器的一个实例。如图1所示晶体沿提拉方向加工，通光面垂直提拉方向。当入射光的偏振方向(如果是椭圆偏振光则是偏振主轴方向)与具有层结构的晶体401的光轴45°夹角时，由于该晶体在提拉方向折射率差呈混乱分布，通过该晶体401的激光在光斑的不同位置偏振态会呈现相应的混乱变化，从而实现对入射偏振光的光学退偏。入射光可以与晶体表面垂直也可以有一定的夹角，在有夹角的情况下出射光将发生一定平移的同时伴随偏振的o、e光的分离。
图5所示结构为本发明的晶体作为光学退偏器的另一个实例。图4所示退偏器为单块晶体构成，本实施例结构中使用两块上述退偏晶体501、502，且两块退偏晶体501、502光轴方向呈45°放置，本实施例结构的退偏器与入射光的偏振方向无关，任意偏振方向的入射光通过本结构的退偏器皆可实现退偏。退偏晶体501与退偏晶体502可以采用光胶、深化光胶或键合连接在一起。入射光可以与晶体表面垂直也可以有一定的夹角，在有夹角的情况下出射光将发生一定平移的同时伴随偏振的o、e光的分离。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.通过提拉法生长的晶体在生长过程中，控制提拉速度的变化或改变晶体中掺杂离子浓度，获得不同层的晶体晶格参数会有所改变的晶体在光学上的用途，其特征在于：利用该晶体不同层的折射率的差异，通过的激光在晶体片的通光面上不同位置o、e光具有随机的相位延迟差，从而经过该晶体片的激光在光斑的不同位置具有不同的偏振态，从而制成光学退偏器或光学位相片。
2.如权利要求1所述的用途，其特征在于：所述的晶体是双折射晶体。
3.如权利要求1所述的用途，其特征在于：将与所述的晶体沿生长时的提拉方向平行的面抛光，形成晶体片的通光面。
4. 如权利要求1或2或3所述的用途，其特征在于：所述的晶体片是1块。
5.如权利要求1或2或3所述的用途，其特征在于：所述的晶体片是两块以上的级联结构。
6.如权利要求5所述的用途，其特征在于：所述的级联结构采用光胶、深化光胶或键合的方法将晶体片连接在一起或者仅是光学接触或者间隔一定距离放置。
7.如权利要求1或2或3所述的用途，其特征在于：所述的激光是垂直晶体片的通光面入射。
8.如权利要求1或2或3所述的用途，其特征在于：所述的激光是以一定夹角入射。
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