CN105911715A

CN105911715A - 一种高消光比的偏振分光装置

Info

Publication number: CN105911715A
Application number: CN201610480069.8A
Authority: CN
Inventors: 刘�东; 杨甬英; 罗敬; 徐沛拓; 刘崇
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2016-08-31

Abstract

本发明公开了一种高消光比的偏振分光装置。本发明解决了偏振分光棱镜消光比低的困难，极大地消除了偏振串扰，并得到高质量的偏振分光效果。本发明包括偏振分光棱镜和偏振片。偏振片分别处于偏振分光棱镜的反射通道和透射通道。位于反射通道的偏振片透过垂直偏振光，抑制平行偏振光；位于透射通道的偏振片透过平行偏振光，抑制垂直偏振光。本发明可以提高反射通道和透射通道的消光比，极大地消除偏振串扰。本发明可以得到更好的偏振分光效果，使得反射通道与透射通道出射光的强度比更加接近于入射光中包含的垂直偏振分量和平行偏振分量的光强比。本发明成本很低，结构简单，加工方便，易于量化生产。

Description

一种高消光比的偏振分光装置

技术领域

本发明涉及偏振分光，特别是一种高消光比的偏振分光装置。

背景技术

偏振分光器件经常应用于各种偏振光路中，其广泛存在于光通讯器件，光测试测量仪表以及激光系统中。偏振分光棱镜是常用的偏振分光器件之一，其基本结构是由两个直角棱镜组成，在直角棱镜的斜面镀有偏振分光膜。一束光入射到偏振分光棱镜，按照偏振方向被分开，形成两束偏振态正交的线偏振光。平行偏振光(P光)从偏振分光棱镜的透射通道出射，垂直偏振光(S光)从反射通道出射。所述的垂直偏振和平行偏振都是相对于偏振分光棱镜的偏振面。

在很多偏振光学系统中，需要精确地得到一束光中垂直偏振分量和平行偏振分量的比值V₀。一般情况下，V₀都是通过测量偏振分光棱镜反射通道和透射通道出射光的强度比V_x得到的。对于理想的偏振分光棱镜，其S光的反射率R_s和P光的透射率T_p都等于1，而S光的透射率T_s和P光的反射率R_p都为0。因此，入射光中的S光和P光被PBS完全分开，所有的S光都进入反射通道，所有的P光都进入透射通道。两个通道的消光比均为无穷大，使得V_x＝V₀。然而，实际中偏振分光棱镜透射通道的消光比大于1000∶1，反射通道的消光比只有大约100∶1。这意味着反射通道存在大量本该属于透射通道的偏振光，透射通道也存在一定量本该属于反射通道的偏振光，造成偏振串扰。这使得反射通道和透射通道出射光的强度比V_x将不再等于入射光中包含的垂直偏振分量和平行偏振分量的光强比V₀，导致测量误差。

发明内容

本发明的目的在于现有技术的不足，提供一种高消光比的偏振分光装置。

本发明采用的技术方案是：一种高消光比的偏振分光装置，由普通的偏振分光棱镜和偏振片组成；其中偏振片置于偏振分光棱镜的反射通道或透射通道。若偏振片位于反射通道，则偏振片透过垂直偏振光，抑制平行偏振光；若偏振片位于透射通道，则偏振片透过平行偏振光，抑制垂直偏振光。上述垂直偏振和平行偏振均是相对于偏振分光棱镜的偏振面。

进一步，该装置可以由偏振分光棱镜和两偏振片组成，两偏振片分别位于偏振分光棱镜的透射通道和反射通道。

进一步地，偏振分光棱镜以及偏振片的通光面均镀适用波长范围的增透膜。

更进一步地，偏振分光棱镜和偏振片的通光面可以胶合连接。

光路原理为，一束光入射到偏振分光棱镜，偏振分光后从其反射通道和透射通道出射。再经过偏振片，各个通道的串扰光被相应的偏振片抑制，反射通道和透射通道的消光比均远高于1000∶1。

该装置的实施步骤包括：

1、在偏振分光棱镜的反射通道和/或透射通道分别插入一块偏振片；

2、旋转透射通道的偏振片，使得出射光强最大，此时偏振片的光轴与平行偏振方向对齐。

3、旋转反射通道的偏振片，使得出射光强最大，此时偏振片的光轴与垂直偏振方向对齐。

本发明装置安装有偏振片的反射通道和/或透射通道的消光比均远高于现有的偏振分光棱镜。该装置能够实现高精度的偏振分光，使得反射通道和/或透射通道出射光的强度比更加接近于入射光中垂直偏振分量和平行偏振分量的光强比。该装置结构简单，易加工、装配，经济成本低。

附图说明

图1是本发明的一种高消光比偏振分光装置结构示意图之一。

图2是本发明的一种高消光比偏振分光装置结构示意图之二。

图3是本发明的一种高消光比偏振分光装置结构示意图之三。

其中1为偏振分光棱镜，2为垂直偏振的第一偏振片，3是平行偏振的第二偏振片，11～14为偏振分光棱镜的直角面，15是偏振分光棱镜的斜面，21～22为第一偏振片2的通光面，31～32为第二偏振片3的通光面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的分析。

如图1所示，偏振分光棱镜1、第一偏振片2和第二偏振片3构成了一个高消光比的偏振分光装置。第一偏振片2处于偏振分光棱镜的反射通道，其透过垂直偏振光，抑制平行偏振光；第二偏振片3处于偏振分光棱镜的透射通道，其透过平行偏振光，抑制垂直偏振光。所述的平行偏振和垂直偏振均是相对于偏振分光棱镜的偏振面。为了增加光学效率，在偏振分光棱镜1的四个直角面11～14，第一偏振片2的通光面21～22以及第二偏振片3的通光面31～32均镀有适用波长范围的增透膜。另外，偏振分光棱镜与偏振面的通光面可以胶合连接。

假设偏振分光棱镜1对P光的反射率和透射率分别为R_p和T_p，对S光的反射率和透射率分别为R_s和T_s。入射光中P光和S光的强度分别为I_p和I_s，两偏振片的极大透过率和极小透过率(入射光的偏振方向与偏振片的透光轴平行即为极大透过率，垂直则为极小透过率)均为T_M和T_m。可以得到偏振分光装置反射通道和透射通道出射光的强度比

V_{x} = \frac{I_{p} R_{p} \cdot T_{m} + I_{s} R_{s} \cdot T_{M}}{I_{p} T_{p} \cdot T_{M} + I_{s} T_{s} \cdot T_{m}} \cdot \frac{T_{s} \cdot T_{m} + T_{p} \cdot T_{M}}{R_{s} \cdot T_{M} + R_{p} \cdot T_{m}} . - - - (1)

令入射光中S光与P光的强度比为V₀＝I_s/I_p，偏振片的消光比为Γ＝T_M/T_m，式(1)变为

V_{x} = \frac{R_{p} + R_{s} \cdot {ΓV}_{0}}{T_{p} \cdot Γ + T_{s} \cdot V_{0}} \cdot \frac{T_{s} + T_{p} \cdot Γ}{R_{s} \cdot Γ + R_{p}} . - - - (2)

进而得到

Φ = | V_{x} - V_{0} | = \frac{T_{m} + R_{s} \cdot {ΓV}_{0}}{T_{p} \cdot Γ + T_{s} \cdot V_{0}} \cdot \frac{T_{s} + T_{p} \cdot Γ}{R_{s} \cdot Γ + R_{p}} - V_{0}, - - - (3)

其中Φ是强度比V_x与V₀之间的偏差。通过计算可以发现Φ随Γ的增加而单调递减。这表明，偏振片的透过率比Γ越大，偏振分光装置反射通道和透射通道出射光的强度比V_x越接近于V₀，即偏振分光精度越高。另外，反射通道和透射通道的消光比分别为

\{\begin{matrix} E_{R} = \frac{I_{s} R_{s} Γ}{I_{p} R_{p}} \\ E_{T} = \frac{I_{p} T_{p} Γ}{I_{s} T_{s}} \end{matrix} . - - - (4)

E_R和E_T分别是反射通道和透射通道的消光比。由式(4)可以看出，两个通道出射光的消光比与Γ成正比。因此，两偏振片的极大透过率T_M越大，该偏振分光装置的光学效率越高；两偏振片的极小T_m越小，透过率比Γ越大，该装置的偏振分光精度越高，并且消光比越大。

该装置的实施步骤包括：

1、在偏振分光棱镜的反射通道和透射通道分别插入一块偏振片；

2、旋转透射通道的偏振片，使得出射光强最大，此时偏振片的光轴与平行偏振对齐。

3、旋转反射通道的偏振片，使得出射光强最大，此时偏振片的光轴与垂直偏振对齐。

如图2所示，在图1的基础上，将透射通道的第二偏振片3去除，只在反射通道放置第一偏振片2。此时串扰到反射通道的平行偏振光会被第一偏振片2抑制。

如图3所示，在图1的基础上，将反射通道的第一偏振片2去除，只在透射通道放置第二偏振片3。此时串扰到透射通道的垂直偏振光会被第二偏振片3抑制。

上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种高消光比的偏振分光装置，其特征在于由偏振分光棱镜和偏振片组成；其中偏振片置于偏振分光棱镜的反射通道。

2.一种高消光比的偏振分光装置，其特征在于由偏振分光棱镜和偏振片组成；其中偏振片置于偏振分光棱镜的透射通道。

3.一种高消光比的偏振分光装置，其特征在于由偏振分光棱镜和偏振片组成；其中偏振分光棱镜的反射通道和透射通道均放置偏振片。

4.如权利要求1或2或3所述的一种高消光比的偏振分光装置，其特征在于位于偏振分光棱镜反射通道的偏振片，其透过垂直偏振光，抑制平行偏振光；位于偏振分光棱镜透射通道的偏振片，其透过平行偏振光，抑制垂直偏振光。

5.如权利要求1或2或3所述的一种高消光比的偏振分光装置，其特征在于偏振分光棱镜和偏振片的通光面均镀有适用波长范围的增透膜。

6.如权利要求1或2或3所述的一种高消光比的偏振分光装置，其特征在于偏振分光棱镜和偏振片的通光面可以胶合连接。