CN104965309A - 一种分束比连续可调和任意偏振态输出的分束器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分束比连续可调和任意偏振态输出的分束器，包括线偏振片、第一半波片、偏振分束片、第二半波片和第三半波片，入射光束依次通过线偏振片、第一半波片至偏振分束片分成透射光和反射光两束，其中透射光经过第二半波片出射，反射光经过第三半波片出射；所述的第一半波片、第二半波片、第三半波片均可以沿光轴方向独立旋转角度。本发明的分束器可通过旋转各级半波片实现分束器的分束比连续可调，同时两束输出光的偏振态独立可调，实现多参数光束的输出，并具有结构简单，使用方便，具有较强的应用推广前景。

Description

一种分束比连续可调和任意偏振态输出的分束器

技术领域

本发明属于光学仪器技术领域，涉及到一种分束比连续可调和任意偏振态输出的分束器，尤其是分束比和两束输出光的偏振态都是独立可调。

背景技术

在光学领域尤其是量子光学领域，将一束光分成两束光的分束器在实验中是常用的仪器，如在测量两个光子的时间差、单光子源的量子特性、量子延迟干涉实验、双光子干涉等实验中都是必备的光学元器件，分束器的性质直接决定着这些实验的结果。同时现在量子通信技术蓬勃发展，对于可调分束比和输出偏振态可调的分束器也有很大的需求。现有的分束器一般采用金属膜或者介质膜以及光栅等元件来实现，这些元器件一旦做好，其分束比、输出光偏振态都已确定，难以满足在实际应用过程中要求分束比和输出态可变的要求，所以设计分束比和输出光偏振态连续可变的分束器对于科学研究和工程应用具有重要的意义。

现有的实现分束比连续可变的分束器方案要么比较复杂，要么需要特殊制造光学元器件才能实现，并且不能实现任意偏振态的输出。中国专利“连续可变分束比分束器”(专利号：95239630.0)利用半波片和福斯特棱镜只能得到偏振方向相互垂直的光，并且分束比需要进行实际测量通过计算才能得到。中国专利“比例可调分束器”(专利号：200420114530.0)利用镀有高反射膜的棱镜来进行分束也不能独立控制输出光的偏振态。中国专利“具有连续分束比的分束器”(申请号：201410355139.8)利用全息光栅来进行分束的装置比较复杂，实现起来比较困难。

以上具有连续分束比的分束器存在的问题有其分束比需要通过实际测量才能得出，并且输出光的偏振态不可以单独控制，而且一部分方案在实验室中实现起来比较麻烦，不利于分束器在量子光学和量子信息的实验和应用中实际使用。本发明通过组合实验中常用的偏振片、半波片和偏振分束器就可以得到一种分束比连续可调和任意偏振态输出的分束器，不仅使用方便，所采用的光学元器件也是一般光学实验中常备的元器件，也便于一般实验室按照本发明来进行组合使用，具有很大的实用价值。

发明内容

本发明的目的是为了解决分束器在分束过程中分束比和输出光偏振态连续可调的需求，而提出的一种基于偏振片、半波片和偏振分束器的分束比连续可调和任意偏振态输出的分束器。

本发明的目的是通过下述技术方案实现：

一种分束比连续可调和任意偏振态输出的分束器，包括线偏振片、第一半波片、偏振分束片、第二半波片和第三半波片，入射光束依次通过线偏振片、第一半波片至偏振分束片分成透射光和反射光两束，其中透射光经过第二半波片出射，反射光经过第三半波片出射；所述的第一半波片、第二半波片、第三半波片均可以沿光轴方向独立旋转角度。

上述分束比连续可调和任意偏振态输出的分束器中，线偏振片的透射方向为水平方向，偏振分束片将入射光分束成水平偏振光和竖直偏振光。

上述分束比连续可调和任意偏振态输出的分束器中，分束器在第一半波片、第二半波片、第三半波片对应位置处均设置有可测量旋转角度的刻度。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的分束器可通过旋转各级半波片实现分束器的分束比连续可调，同时两束输出光的偏振态独立可调，实现多参数光束的输出。

(2)本发明的分束器在第一半波片、第二半波片、第三半波片对应位置处均设置有可测量旋转角度的刻度，分束比可以通过半波片读数算出，输出光的偏振可以通过半波片的读数直接得到，方便了使用。

(3)本发明的分束器采用光学元件组合形成，结构简单，使用方便，具有较强的应用推广前景。

附图说明

图1是本发明所述分束比连续可调和任意偏振态输出的分束器的结构原理示意图。

图中：1-线偏振片，2-半波片，3-偏振分束器，4-半波片，5-半波片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

本发明的基本思想是结合偏振片、半波片和偏振分束器对光的作用实现一种分束比连续可调和任意偏振态输出的分束器。利用偏振片将光变成水平偏振光，然后通过半波片改变光的偏振与偏振分束器的夹角从而控制该分束器的分束比；在偏振分束器两个输出端口分别放一个半波片控制输出光的偏振；基于三个偏振片的读数就可以不通过测量光强将该组合分束器的分束比算出，同时也能直接得到输出光的偏振态。

如图1所示，一种分束比连续可调和任意偏振态输出的分束器，包括线偏振片1、第一半波片2、偏振分束片3、第二半波片4和第三半波片5，入射光束依次通过线偏振片1、第一半波片2至偏振分束片3分成透射光和反射光两束，其中透射光经过第二半波片4出射，反射光经过第三半波片5出射；所述的第一半波片2、第二半波片4、第三半波片5均可以沿光轴方向独立旋转角度，且在第一半波片2、第二半波片4、第三半波片5对应位置处均设置有可测量旋转角度的刻度。

在图1中，入射光经过线偏振片1之后变成水平偏振光，光强记为I(0)，然后再通过读数为θ₂的第一半波片2，其中这个θ₂是第一半波片2光轴与水平方向夹角，是独立可调的，光通过一个角度为θ₂的半波片后，光的偏振与入射前光的偏振的夹角变为2θ₂。然后这束光通过偏振分束器，分成强度分别为I(0)sin²(2θ₂)和I(0)cos²(2θ₂)的水平偏振光和竖直偏振光，此时可以计算出该分束器的分束比为I(0)sin²(2θ₂)/I(0)cos²(2θ₂)＝tan²(2θ₂)，因为θ₂的值是可以直接读出的，三角正切函数tan(2θ₂)的可以通过查询三角函数表或者通过普通的科学计算器就可以得到，这样这个组合分束器的分束比就可以通过第一半波片2的读数得到。

在偏振分束器的两个输出端口，透射光为水平偏振，其强度为I(0)sin²(2θ₂)，通过读数为θ₄的第二半波片4后，其偏振态变为与水平夹角为2θ₄的偏振光。偏振分束器3的反射光为竖直偏振，其强度为I(0)cos²(2θ₂)，通过读数为θ₅的第三半波片5后，其偏振态变成为与水平夹角为90°+2θ₅的偏振光。因为第二半波片4和第三半波片5的读数都是独立可调的，因此两束光的输出偏振态也是独立可调的。

实施方案1

当θ₂＝45°，θ₄＝45°，θ₅＝0°时，该组合分束器的分光比为1:1，输出光的偏振态都是竖直偏振光。

实施方案2

当θ₂＝30°，θ₄＝15°，θ₅＝0°时，该组合分束器的分光比为1:3，透射光是与水平夹角为30°的偏振光，反射光是与水平夹角为90°度的偏振光。

实施方案3

当θ₂＝10°，θ₄＝45°，θ₅＝45°时，该组合分束器的分光比约为3:100，透射光是竖直偏振态的偏振光，反射光是水平偏振态的偏振光。

Claims (3)

1.一种分束比连续可调和任意偏振态输出的分束器，其特征在于：包括线偏振片(1)、第一半波片(2)、偏振分束片(3)、第二半波片(4)和第三半波片(5)，入射光束依次通过线偏振片(1)、第一半波片(2)至偏振分束片(3)分成透射光和反射光两束，其中透射光经过第二半波片(4)出射，反射光经过第三半波片(5)出射；所述的第一半波片(2)、第二半波片(4)、第三半波片(5)均可以沿光轴方向独立旋转角度。

2.根据权利要求1所述的分束比连续可调和任意偏振态输出的分束器，其特征在于：所述线偏振片(1)的透射方向为水平方向，所述偏振分束片(3)将入射光分束成水平偏振光和竖直偏振光。

3.根据权利要求1所述的分束比连续可调和任意偏振态输出的分束器，其特征在于：分束器在第一半波片(2)、第二半波片(4)、第三半波片(5)对应位置处均设置有可测量旋转角度的刻度。