CN102073143A

CN102073143A - 一种晶体起偏、合束、分束器

Info

Publication number: CN102073143A
Application number: CN2010105823990A
Authority: CN
Inventors: 凌吉武; 任策; 林江铭; 吴砺
Original assignee: Photop Technologies Inc
Current assignee: Photop Technologies Inc
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2011-05-25

Abstract

本发明公开了一种晶体起偏、合束、分束器，包括一块双折射晶体，其特征在于：所述双折射晶体的入射端面与光轴方向呈使入射光产生走离效应的角度，且与e光走离方向对应的所述双折射晶体的侧面为全反射e光的抛光面。进一步的，入射端面与光轴方向呈使在所述双折射晶体内传播的e光产生最大走离角的角度。利用双折射晶体Work-Off（走离）效应中走离的e光被晶体侧面全反射产生两倍反射角特点制作系列光学元件，具有对o光、e光空间分开间距大、空间分开角度大、易于大批量生产、成本较低等优点。

Description

一种晶体起偏、合束、分束器

技术领域

本发明涉及光学与激光领域，尤其涉及一种晶体起偏、合束、分束器。

背景技术

偏振是光的一种固有物理属性，自然光属于偏振方向各异的光。在实际的生产工作当中中，往往需要用到线性偏振方向统一的光，即线性偏振光，这就需要由光通过起偏器来获得；或者是需要将处于两种正交线性偏振方向的光束进行合成（即合束）。

传统的基于晶体双折射性质的起偏器是使自然光入射时晶体中的一束线偏振光在偏振棱镜内发生全反射，而只出射一束线偏振光。比如格兰一汤姆逊棱镜（图1）是由两块方解石直角棱镜101、102沿斜面相对胶合而成，光轴取向垂直于通光面并相互平行。当光垂直于棱镜端面入射时，0光和e光均不发生偏折，他们在料面上的入射角等于棱镜料面与直角面的夹角e。制作时应使胶合剂103的折射率大于并接近非常光的折射率但小于寻常光折射率，并选取e角大于光在胶合面上的临界角。这样，光在胶合面上将发生全反射，并被棱镜直角面上涂层吸收；而e光，由于折射率几乎不变而无偏折的从棱镜出射。这种起偏棱镜是由两块方解石胶合而成，因此体积都比较大。另一种起偏器是使用晶体的Work-Off（走离）效应，使得出射的o、e光从空间上分离开来，但通常情况下晶体的Work-Off（走离）都比较小，若要使得o、e光在空间上大范围分开，需要使用额外的反射镜反射其中一种偏振态的光。另一种起偏器是采用PBS膜棱镜或PBS膜片构成起偏器，PBS棱镜尺寸较大，PBS膜起偏器一般入射光有大角度入射，因此尺寸亦较大，而且其抗激光损伤能力有限。还有一种采用玻璃制作的起偏器，其缺点是易吸收、较大激光功率亦难承受，同时易引起光束质量变化，同样塑料控制起偏器亦只能在低功率下使用。对于合束器应用而言，则是在上述分束器的基础上实现光路逆行即可，但同样存在分束器应用中存在的问题点。

发明内容

针对传统晶体起偏、分束、合束器存在的体积大、o光、e光空间分离间距小、抗激光损伤能力有限、易引起光束质量变化等缺点，本发明提出了一种晶体起偏、分束、合束器，它具有对o光、e光空间分开间距大、空间分开角度大、易于大批量生产、成本较低等优点。可以应用于激光器起偏，激光器合束，也可以应用于光学隔离器中，还能用于光学起偏。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：一种晶体起偏、合束、分束器，包括一块双折射晶体，其特征在于：所述双折射晶体的入射端面与光轴方向呈使入射光产生走离效应的角度（即光束的传播方向与晶体的光轴不平行也不垂直），与所述双折射晶体内传播的e光走离方向对应的所述双折射晶体的侧面为全反射e光的抛光面。

进一步的，所述的入射端面与光轴方向的夹角，是使在所述双折射晶体内传播的e光产生最大走离角的角度。

进一步的，所述双折射晶体的o光出射端面切割成可使其内传播的e光在该出射端面发生全反射的角度；或者在o光出射端面对应于e光的位置镀高反膜或者安装反射镜；或是在该出射端面后加一光学补偿元件，用于补偿o光、e光偏折角度，使所述o光、e光相互平行或成一定角度出射的双折射晶体。

进一步的，可在切割成对e光全反射的所述双折射晶体的o光出射端面后加一晶体楔角块，作为对o光进行补偿，使o光与入射光平行。

其原理为：利用双折射晶体Work-Off（走离）效应中走离的e光被晶体侧面全反射产生两倍反射角特点制作系列光学元件。在双折射晶体中，当光束的传播方向与晶体的光轴不平行也不垂直时，e光的波矢量方向和能流密度方向将发生分离，产生所谓的Walk-off（走离）现象。如图2所示，包含o光和e光的光束在双折射晶体201中传播，e光的波矢量方向与o光的传播方向平行，而能流密度方向偏向晶体的一个侧面（A面）。走离的e光在双折射晶体的侧面（A面）发生全反射，此时，被侧面（A面）反射的e光其波矢方向和能流密度方向皆与o光的传播方向存在一个夹角。之后，e光在出射面（B面）折射离开双折射晶体，此时o光和e光之间存在一夹角。以YVO4晶体为例，当光束在晶体中与光轴夹为45°时，最终从输出端面出射的o光与e光的夹角约为27°。

这比一般的棱镜起偏器对o、e光的分离程度要大得多，因此，利用此特性我们提出了一种结构简单的晶体起偏、分束器。它具有对o光、e光空间分开间距大、空间分开角度大、易于大批量生产、成本较低等优点。对于合束器应用而言，则是在上述分束器的基础上实现光路逆行即可。

附图说明

图1是传统格兰-汤姆逊棱镜示意图；

图2是双折射晶体Work-Off（走离）效应原理示意图；

图3是一种晶体起偏、合束、分束器实例；

图4是一种晶体起偏、合束、分束器实例；

图5是一种晶体起偏、合束、分束器实例；

图6是一种晶体起偏、合束、分束器实例。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步描述说明。

本发明提供的技术方案为：一种晶体起偏、合束、分束器，包括一块双折射晶体，其特征在于：所述双折射晶体的入射端面沿与光轴成一定角度的方向切割，与其内传播的e光走离方向对应的所述双折射晶体的侧面抛光，所述的一定角度是使在所述双折射晶体内传播的e光产生最大走离角的角度。利用双折射晶体Work-Off（走离）效应中走离的e光被晶体侧面全反射产生两倍反射角特点制作系列光学元件。

实施例一：所述双折射晶体301的出射端面沿一定角度切割，使e光在出射端面发生全反射，从而使o光和e光以更大的角度分离。如图3所示，入射到双折射晶体301的e光走离到双折射晶体侧面并发生第一次全反射，随后在o光的出射端面再次发生全反射，从而跟o光产生很大的空间分开间距和空间分开角度。偏振的合束则由光路可逆的原理即可实现，即该元件的逆向应用即为合束器。

实施例二：在所述双折射晶体401的出射端面对应于e光的位置镀高反膜或者安装反射镜402，使e光在出射端面发生全反射，从而使o光和e光以更大的角度分离。如图4所示，入射到双折射晶体401的e光走离到双折射晶体侧面并发生第一次全反射，随后在o光的出射端面再次发生全反射，从而跟o光产生很大的空间分开间距和空间分开角度。偏振的合束则由光路可逆的原理即可实现，即该元件的逆向应用即为合束器。

实施例三：在所述双折射晶体501的出射端面后加一补偿o光偏折角度使其与入射光平行出射的光学补偿元件502。所述的光学补偿元件为一晶体楔角块，与所述双折射晶体501相临的所述楔角块的端面跟所述双折射晶体的所述出射端面平行，所述楔角块的另一端面与所述双折射晶体的所述入射端面平行。如图5所示，入射到双折射晶体501的e光走离到双折射晶体侧面并发生第一次全反射，随后在o光的出射端面再次发生全反射。因为此时o光的出射端面跟入射端面不平行，o光将发生折射而偏离原来的入射光方向，为了保持入、出射o光的平行性，在双折射晶体501的后端使用光学材料502作为补偿。当o光折射出双折射晶体501后将再次折射进入晶体楔角块502，折射角度刚好补偿之前射出双折射晶体501时的偏折角度，最终以平行于入射光的方向出射。偏振的合束则由光路可逆的原理即可实现，即该元件的逆向应用即为合束器。

实施例四：在所述的双折射晶体601的出射端面后加一光学补偿元件602，所述的光学补偿元件为一补偿o光、e光偏折角度，使所述o光、e光相互平行或成一定角度出射的双折射晶体。如图6所示，从双折射晶体601出射的o、e光在空间、角度上均发生了分离，在实际应用中，可能要求o、e光呈一定角度或者平行出射，我们通过在双折射晶体601后端使用另外一块双折射晶体602实现对o、e光角度的补偿，使得他们相互平行或者呈一定的角度出射。偏振的合束则由光路可逆的原理即可实现，即该元件的逆向应用即为合束器。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本专利，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

1.一种晶体起偏、合束、分束器，包括一块双折射晶体（201），其特征在于：所述双折射晶体（201）的入射端面与光轴方向呈使入射光产生走离效应的角度，且与e光走离方向对应的所述双折射晶体（201）的侧面为全反射e光的抛光面。

2.如权利要求1所述的一种晶体起偏、合束、分束器，其特征在于：所述的入射端面与光轴方向呈使在所述双折射晶体内传播的e光产生最大走离角的角度。

3.如权利要求1所述的一种晶体起偏、合束、分束器，其特征在于：所述双折射晶体（301）的o光出射端面切割成可使其内传播的e光在该出射端面发生全反射的角度。

4.如权利要求1所述的一种晶体起偏、合束、分束器，其特征在于：在所述双折射晶体（401）的o光出射端面对应于e光的位置镀高反膜或者安装反射镜（402）。

5.如权利要求3所述的一种晶体起偏、合束、分束器，其特征在于：在所述双折射晶体（501）的o光出射端面后加一补偿o光偏折角度使其与入射光平行出射的光学补偿元件（502）。

6.如权利要求5所述的一种晶体起偏、合束、分束器，其特征在于：所述的光学补偿元件为一晶体楔角块（502），与所述双折射晶体相临的所述楔角块的端面跟所述双折射晶体的所述出射端面平行，所述楔角块的另一端面与所述双折射晶体的所述入射端面平行。

7.如权利要求1所述的一种晶体起偏、合束、分束器，其特征在于：在所述的双折射晶体（601）的出射端面后加一光学补偿元件（602）。

8.如权利要求7所述的一种晶体起偏、合束、分束器，其特征在于：所述的光学补偿元件为一补偿o光、e光偏折角度，使所述o光、e光相互平行或成一定角度出射的双折射晶体（602）。