CN102411161B - 线起偏器 - Google Patents

Abstract

一种线起偏器，由第一等腰梯形棱镜、第二等腰梯形棱镜和偏振分束膜构成，其位置关系是：所述的偏振分束膜镀制在所述的第一等腰梯形棱镜或第二等腰梯形棱镜的底面上，所述的第一等腰梯形棱镜的底面和第二等腰梯形棱镜的底面相胶合。本发明线起偏器与现有线起偏器相比，利用了全部入射光束能量。

Description

线起偏器

技术领域

本发明涉及偏振光学领域，是一种线起偏器。

技术背景

起偏器是一种常用的偏振光学器件，在浸没光刻、精密测量等领域具有广泛的应用。众所周知，现有的线起偏器主要是反射型线起偏器、二向色性线起偏器、薄膜型线起偏器、线栅型线起偏器和双折射线起偏器。反射型线起偏器是利用光束在布鲁斯特角入射时反射光只存在垂直于入射面的光振动而获得线偏振光。二向色性线起偏器是利用某些物质有选择地吸收通过它的某一偏振方向的光波而透射另一偏振方向的线偏光。薄膜型线起偏器是利用高折射率和低折射率交替镀制的膜层反射或透射产生线偏振光。线栅型线起偏器则是利用光入射到平行导线栅上时电矢量沿导线方向的光波被线栅吸收而电矢量垂直于线栅的光分量透过来产生线偏光。双折射线起偏器是利用晶体材料的双折射现象制成的各种偏振棱镜，如尼科耳棱镜、格兰棱镜和渥拉斯顿棱镜等，它们都只产生光矢量与入射面垂直或平行的一个方向上的线偏光。上述各种类型的线起偏器只利用了入射光束中光矢量与其透振方向相同部分的光能量，而其它光矢量被舍弃，使得线起偏器的能量利用率低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高能量利用率的线起偏器。

本发明的技术解决方案如下：

一种线起偏器，其特点在于由第一等腰梯形棱镜、第二等腰梯形棱镜和偏振分束膜构成，其位置关系是：所述的偏振分束膜镀制在所述的第一等腰梯形棱镜或第二等腰梯形棱镜的底面上，所述的第一等腰梯形棱镜的底面和第二等腰梯形棱镜的底面相胶合，所述的第一等腰梯形棱镜和第二等腰梯形棱镜具有相同的形状、结构尺寸和折射率n，所述的第一等腰梯形棱镜和第二等腰梯形棱镜的底角均为45°，所述的偏振分束膜对电矢量垂直于入射面的子光束的位相为δ_3⊥、电矢量平行于入射面的子光束的位相为δ_3//，二者的位相差应满足下列关系式：

${\mathrm{\δ}}_{3\⊥}-{\mathrm{\δ}}_{3//}=\mathrm{m\π}-\frac{\mathrm{\δ}}{2}$

其中：m为正整数，δ为所述的两个子光束分别经第一等腰梯形棱镜的顶面、第二等腰梯形棱镜的顶面反射后产生的位相差，δ表示为：

$\mathrm{\δ}=2\arctan \left(\frac{\cos \mathrm{\θ}\sqrt{{\sin }^2\mathrm{\θ}-{(1/n)}^2}}{{\sin }^2\mathrm{\θ}}\right)$

θ为所述的两个子光束入射到第一等腰梯形棱镜、第二等腰梯形棱镜上的入射角。

所述的偏振分束膜将入射光分为电矢量平行于入射面的子光束和垂直于入射面的子光束，所述的偏振分束膜对电矢量垂直于入射面的子光束、电矢量平行于入射面的子光束产生的位相差的两倍加上第一等腰梯形棱镜、第二等腰梯形棱镜对电矢量垂直于入射面的子光束、电矢量平行于入射面的子光束反射产生的位相差等于2π的整数倍。

与在先技术相比，本发明的技术效果如下：

自然光或部分偏振光进入本发明线起偏器后，由偏振分束膜分成两个电矢量相互垂直的子光束，该两子光束分别被第一等腰梯形棱镜的顶面、第二等腰梯形棱镜的顶面反射后由偏振分束膜合束形成线偏振光并出射，故可以获得高的能量利用率。

附图说明

图1为本发明线起偏器的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1为本发明线起偏器的结构示意图，由图可见，本发明线起偏器，由第一等腰梯形棱镜01、第二等腰梯形棱镜02和偏振分束膜03构成，其位置关系是：所述的偏振分束膜03镀制在所述的第一等腰梯形棱镜01或第二等腰梯形棱镜02的底面上，然后将所述的第一等腰梯形棱镜01的底面和第二等腰梯形棱镜02的底面相胶合，所述的第一等腰梯形棱镜和第二等腰梯形棱镜具有相同的形状、结构尺寸和折射率n所述的第一等腰梯形棱镜和第二等腰梯形棱镜的底角均为45°，所述的偏振分束膜对电矢量垂直于入射面的子光束的位相为δ_3⊥、电矢量平行于入射面的子光束的位相为δ_3//，二者的位相差应满足下列关系式：

${\mathrm{\δ}}_{3\⊥}-{\mathrm{\δ}}_{3//}=\mathrm{m\π}-\frac{\mathrm{\δ}}{2}$

其中：m为正整数，δ为所述的两个子光束分别经第一等腰梯形棱镜的顶面、第二等腰梯形棱镜的顶面反射后产生的位相差，δ表示为：

$\mathrm{\δ}=2\arctan \left(\frac{\cos \mathrm{\θ}\sqrt{{\sin }^2\mathrm{\θ}-{(1/n)}^2}}{{\sin }^2\mathrm{\θ}}\right)$

θ为所述的两个子光束入射到第一等腰梯形棱镜、第二等腰梯形棱镜上的入射角。

下面是一个实施例

本发明的最佳实施例的结构如图1所示，其具体结构和参数如下：

入射光经所述的偏振分束膜03后被分成两个子光束，分别是电矢量平行于入射面的子光束和垂直于入射面的子光束。紧接着电矢量平行于入射面的子光束透过偏振分束膜03，经第二等腰梯形棱镜02的顶面反射后再次透过偏振分束膜03出射；另一方面，电矢量垂直于入射面的子光束被偏振分束膜03垂直反射，经第一等腰梯形棱镜01的顶面反射，再经偏振分束膜03被反射出起偏器，

所述的偏振分束膜03将入射光束分成电矢量平行于入射面和垂直于入射面的两个子光束，这两个子光束的位相分别为δ_3//，δ_3⊥。

所述的第一等腰梯形棱镜01和第二等腰梯形棱镜02的折射率均为n，入射光束经偏振分束膜03分成的电矢量垂直于入射面和平行于入射面的两个子光束入射到第一等腰梯形棱镜01、第二等腰梯形棱镜02上的入射角均为θ，所述的两个子光束经第一等腰梯形棱镜01的顶面、第二等腰梯形棱镜02的顶面反射后产生的位相差为δ，δ表示为：

$\mathrm{\δ}=2\arctan \left(\frac{\cos \mathrm{\θ}\sqrt{{\sin }^2\mathrm{\θ}-{(1/n)}^2}}{{\sin }^2\mathrm{\θ}}\right)---\left(1\right)$

所述的偏振分束膜03对电矢量垂直于入射面的子光束、电矢量平行于入射面的子光束产生的位相差的两倍加上第一等腰梯形棱镜01、第二等腰梯形棱镜02对电矢量垂直于入射面的子光束、电矢量平行于入射面的子光束反射产生的位相差等于2π的整数倍。

2(δ_3⊥-δ_3//)+δ＝2mπ    (2)

其中m为正整数，则所述的偏振分束膜03对电矢量垂直于入射面的子光束、电矢量平行于入射面的子光束产生的位相差为：

${\mathrm{\δ}}_{3\⊥}-{\mathrm{\δ}}_{3//}=\mathrm{m\π}-\frac{\mathrm{\δ}}{2}---\left(3\right)$

其中：δ_3⊥为电矢量垂直于入射面的子光束的位相，δ_3//为电矢量平行于入射面的子光束的位相。

实施例：

图1给出本发明的最佳实施例，入射光的波长为632.8nm，所述的第一等腰梯形棱镜01和第二等腰梯形棱镜02的折射率均为1.53，所述的偏振分束膜03镀制在第一等腰梯形棱镜01的底面上。入射光经偏振分束膜03分成的电矢量垂直于入射面和平行于入射面的两个子光束入射到第一等腰梯形棱镜01、第二等腰梯形棱镜02上的入射角均为45°，所述的两个子光束经第一等腰梯形棱镜01的顶面、第二等腰梯形棱镜02的顶面反射后产生的位相差

$\mathrm{\δ}=2\arctan \left(\frac{\cos {45}^0\sqrt{{\sin }^2{45}^0-{(1/1.53)}^2}}{{\sin }^2{45}^0}\right)={41.77}^0$

由于所述的偏振分束膜03对电矢量垂直于入射面的子光束、电矢量平行于入射面的子光束产生的位相差的两倍加上第一等腰梯形棱镜01、第二等腰梯形棱镜02对电矢量垂直于入射面的子光束、电矢量平行于入射面的子光束反射产生的位相差等于2π的整数倍，即

2(δ_3⊥-δ_3//)+δ＝2mπ

其中：m为正整数。

则便可以得到所述的偏振分束膜03上的位相差，根据该位相差在所述的第一等腰梯形棱镜01或第二等腰梯形棱镜02的底面上镀制所述的偏振分束膜03，然后将所述的第一等腰梯形棱镜01的底面和第二等腰梯形棱镜02的底面相胶合。

实验表明，利用本发明线起偏器可以得到高能量利用率的线偏光。

Claims (1)

1.一种线起偏器，其特征在于由第一等腰梯形棱镜（01）、第二等腰梯形棱镜（02）和偏振分束膜（03）构成，其位置关系是：所述的偏振分束膜（03）镀制在所述的第一等腰梯形棱镜（01）或第二等腰梯形棱镜（02）的底面上，所述的第一等腰梯形棱镜（01）的底面和第二等腰梯形棱镜（02）的底面相胶合，所述的第一等腰梯形棱镜（01）和第二等腰梯形棱镜（02）具有相同的形状、结构尺寸和折射率n，所述的第一等腰梯形棱镜（01）和第二等腰梯形棱镜（02）的底角均为45°，所述的偏振分束膜（03）将入射光束分成电矢量平行于入射面和垂直于入射面的两个子光束，这两个子光束的位相分别为δ_3//，δ_3⊥，二者的位相差应满足下列关系式：

${\mathrm{\δ}}_{3\⊥}-{\mathrm{\δ}}_{3//}=\mathrm{m\π}-\frac{\mathrm{\δ}}{2}$

其中：m为正整数，δ为所述的两个子光束分别经第一等腰梯形棱镜（01）的顶面、第二等腰梯形棱镜（02）的顶面反射后产生的位相差，δ表示为：

$\mathrm{\δ}=2\arctan \left(\frac{\cos \mathrm{\θ}\sqrt{{\sin }^2\mathrm{\θ}-{(1/n)}^2}}{{\sin }^2\mathrm{\θ}}\right)$

θ为所述的两个子光束入射到第一等腰梯形棱镜（01）、第二等腰梯形棱镜（02）上的入射角。