CN105974599A - 一种宽波带半波片 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种宽波带半波片，该半波片使用2‑4层相同聚合物材质的四分之一波片或半波片，进行适当参数的设置，由光学胶水贴合而成的多层膜结构。本发明结构简单，在可见光波长范围内可实现宽波带半波片。由于聚合物材料的波片本身是柔性的并且可以实现大尺寸，复合膜结构也不需要特殊夹具包裹，因此使用领域更加广泛。

Description

一种宽波带半波片
技术领域
本发明属于偏振光学技术领域，提供一种宽波带半波片，当被用于线偏振光的偏振面旋转器件时，可实现可见光波长范围内的旋光器件。
背景技术
在光学器件中，常常会用到线偏振光，不管采用二向色性偏光片，还是采用界面反射的偏振选择器等方法，所获得偏振光的偏振方向往往是固定的。在偏振光的使用中，经常会出现将偏振光的偏振方向旋转90度的情况。也有为了提高光利用率，而将偏振选择器分开的偏振方向垂直的两束光中的一束光偏振方向旋转90度，并再次合并两束光，从而获得最大的光利用率。普通的半波片是针对某个波长来设计的，而光学器件通常是针对整个可见光范围的。为了获得最好的光学利用率，人们常使用很多层无机双折射波片，全部具有半波长的延迟量，按照一定的角度设置堆叠起来，可以非常好的实现可见光波长范围内的光全部旋转90度。但是很多半波长波片堆叠起来的结构，要求材料非常纯净，而且堆叠精确，厚度较厚，因此价格很高，在一些精细控制器件厚度的光学器件中，使用起来很不方便。
发明内容
本发明针对以往可见光设计的全波带半波片，采用至少3层云母片(或石英晶体)和3层MgF2(或其它具有双折射的材料)晶体片，把它们制作成标准半波片，并将它们的慢轴按照一定方位角度排列粘贴起来，从而实现偏振方向旋转90度的效果。但是该种类半波片的缺点是：材料易碎，需要特殊的夹具包裹；同时因为易碎，尺寸也不能够做到很大，在大尺寸需求使用中受到限制。本发明提供一种结构简单的宽波带半波片，使用多层(最多4层)相同聚合物材质的四分之一波片或半波片，进行适当参数的设置，由光学胶水贴合而成的多层膜结构，在可见光波长范围内可实现宽波带半波片。由于聚合物材料的波片本身是柔性的并且可以实现大尺寸，复合膜结构也不需要特殊夹具包裹，因此使用领域更加广泛。
本发明的技术方案为：
一种宽波带半波片，该宽波带半波片为以下四种方案之一：
方案一，两层半波片结构：即粘合在一起的两层半波片，其中由上到下依次为第一层半波片慢轴角度为22.5度，第二层半波片慢轴角度为67.5度，每个慢轴角度的贴合偏差为正负2度，两个慢轴角度之和为90度；
或者，方案二，三层半波片结构：即3层半波片由光学胶水粘合在一起，由上到下粘合顺序依次为：慢轴角度为15度的半波片、慢轴角度为45度的半波片、慢轴角度为75度的半波片，每个慢轴角度的贴合偏差为正负1度；
或者，方案三，两层半波片和两层四分之一波片结构：即2层四分之一波片和2层半波片，4层波片由光学胶水粘合在一起，由上到下粘合顺序依次为：慢轴角度为15度的半波片、慢轴角度为75度的四分之一波片、慢轴角度为15度的四分之一波片、慢轴角度为75度的半波片，每个慢轴角度的贴合偏差为正负1度；
或者，方案四，四层半波片结构：即4层半波片由光学胶水粘合在一起，由上到下粘合顺序依次为：慢轴角度为61度的半波片、慢轴角度为83度的半波片、慢轴角度为7度的半波片、慢轴角度为29度的半波片，每个慢轴角度的贴合偏差为正负1度。
所述的半波片、四分之一波片在相同方案中的材质相同，为具有双折射特性的聚合物材料。
所述的有机聚合物材料优选为聚碳酸酯或环烯烃聚合物。
说明：以上涉及的慢轴角度都是针对需要旋转角度的偏振光的偏振方向而言，起始偏振光的偏振方向为0度。
本发明的有益效果为：相比于以往相似技术，本发明涉及的波片材质为有机聚合物材料，不易碎，制作简单，尺寸可以很大(尺寸可以到1平方米)，并且不需要附加特殊的夹具来保护最后的产品；使用波片的数量减少，降低了因为波片数量过多而引起的整体贴合误差，从而降低宽波带半波片制作的难度。
附图说明
图1是普通PC(聚碳酸酯)材质半波片以慢轴45度角夹在两个透过轴为0度的平行偏振片之间的透过光谱；
图2是普通COP(环烯烃聚合物)材质半波片以慢轴45度角夹在两个透过轴为0度的平行偏振片之间的透过光谱；
图3是本发明实施例一提供的等效半波片以慢轴45度角夹在两个透过轴为0度的平行偏振片之间的(a)结构图和(b)透过光谱；
图4是本发明实施例二提供的等效半波片以慢轴45度角夹在两个透过轴为0度的平行偏振片之间的(a)结构图和(b)透过光谱；
图5是本发明实施例三提供的等效半波片以慢轴45度角夹在两个透过轴为0度的平行偏振片之间的(a)结构图和(b)透过光谱；
图6是本发明实施例四提供的等效半波片以慢轴45度角夹在两个透过轴为0度的平行偏振片之间的(a)结构图和(b)透过光谱；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下图均为实验测量图，横轴为光波长(单位为纳米)，纵轴为透过率(单位为％)。普通的PC材质和COP材质的半波片，加在平行的偏光片之间，偏光片的透过轴角度为0度，半波片的慢轴角度为45度，图1为普通PC材质半波片的旋光效果，图2为普通COP材质半波片的旋光效果。从两个图中，可以看到透过率在550-570纳米波长范围内有很小的透过率，这是因为半波片就是针对这一部分波长设计的。对于光波长小于400纳米时的透过率也都很小的现象，是因为偏光片在此波长以下的吸收率很大，从而造成透过率很小。在其它波长处，由于半波片的设计不是针对这些波长的，所以半波片的作用不是很好的旋转90度效果，造成光可以透过平行的偏光片，从而可见光范围的光只有很少的波长范围内能够实现旋转90度的效果，而在很大的波长范围内不能实现。因此，普通半波片不能够实现宽波带半波片的要求。图1和图2给出的透过率与波长关系的不同，是因为不同材质波片的双折射率与波长之间的关系不同。通常使用透过率变化小的材质，来获得更好的光学效果。为了获得在整个可见光范围内，光的偏振方向都可以旋转90度或近似90度的效果，即实现宽波带半波片，需要采用多层普通波片堆叠的结构。
实施例1
本发明所述的宽波带半波片，两个普通COP材质的半波片，它们的慢轴分别为22.5度和67.5度，把它们用光学胶水按自下而上顺序粘合在一起，贴合后等效半波片慢轴角度为45度，并放在透过轴为0度的两个TFT-LCD用偏光片之间，贴合的整体示意图为图3a所示，透过率为图3b所示。在人眼敏感的400-700纳米光波长范围内，透过率都小于0.5％，这说明该组合的半波片可以将此波长范围内的偏振光全部被旋转90度或接近90度。
实施例2
本发明所述的宽波带半波片，三个普通COP材质的半波片，它们的慢轴分别为25度、45度和75度，把它们用光学胶水按自下而上顺序粘合在一起，贴合后等效半波片慢轴角度为45度，并放在透过轴为0度的两个TFT-LCD用偏光片之间，贴合的整体示意图为图4a所示，透过率为图4b所示。在人眼敏感的400-700纳米光波长范围内，透过率都小于0.5％，这说明该组合的半波片可以将此波长范围内的偏振光全部被旋转90度或接近90度。与实施例1相比，该实施例在500-700纳米之间的透过率较高。
实施例3
本发明所述的宽波带半波片，两层普通COP材质的半波片和两层普通COP材质的四分之一波片，把它们用光学胶水粘合在一起，粘合顺序自下而上依次为：慢轴为15度的半波片、慢轴为75度的四分之一波片、慢轴为15度的四分之一波片、慢轴为75度的半波片，贴合后等效半波片慢轴角度为45度。放在透过轴为0度的两个TFT-LCD用偏光片之间，贴合的整体示意图为图5a所示，透过率为图5b所示。在人眼敏感的400-700纳米光波长范围内，透过率都小于0.5％，这说明该组合的半波片可以将此波长范围内的偏振光全部被旋转90度或接近90度。与实施例1相比，透过率稍高一点。
实施例4
本发明所述的宽波带半波片，四层普通COP材质的半波片，把它们用光学胶水粘合在一起，粘合顺序自下而上依次为：慢轴为61度的半波片、慢轴为83度的半波片、慢轴为7度的半波片、慢轴为29度的半波片，贴合后等效半波片慢轴角度为45度。放在透过轴为0度的两个TFT-LCD用偏光片之间，贴合的整体示意图为图6a所示，透过率为图6b所示。在人眼敏感的400-700纳米光波长范围内，透过率都小于0.5％，这说明该组合的半波片可以将此波长范围内的偏振光全部被旋转90度或接近90度。与实施例1相比，透过率相近。
对比实施例1-4，采用层数最少的两层普通COP材质半波片粘合起来的半波片具有最好的光学效果。同时，因为层数少，两层半波片粘合时，所允许的误差范围也较大。在现有使用精度的贴膜机上，很容易实现这两层普通COP材质半波片的精确粘合。随着层数的增加，贴合精度要求越来越高，有较大的贴合误差都将导致贴合后的等效半波片效果变差。因此，采用两层普通COP材质半波片粘合起来的半波片是最经济适用的实施方案。
本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (2)

1.一种宽波带半波片，其特征为该宽波带半波片为以下四种方案之一：
方案一，两层半波片结构：即粘合在一起的两层半波片，其中由上到下依次为第一层半波片慢轴角度为22.5度，第二层半波片慢轴角度为67.5度，每个慢轴角度的贴合偏差为正负2度，两个慢轴角度之和为90度；
或者，方案二，三层半波片结构：即3层半波片由光学胶水粘合在一起，由上到下粘合顺序依次为：慢轴角度为15度的半波片、慢轴角度为45度的半波片、慢轴角度为75度的半波片，每个慢轴角度的贴合偏差为正负1度；
或者，方案三，两层半波片和两层四分之一波片结构：即2层四分之一波片和2层半波片，4层波片由光学胶水粘合在一起，由上到下粘合顺序依次为：慢轴角度为15度的半波片、慢轴角度为75度的四分之一波片、慢轴角度为15度的四分之一波片、慢轴角度为75度的半波片，每个慢轴角度的贴合偏差为正负1度；
或者，方案四，四层半波片结构：即4层半波片由光学胶水粘合在一起，由上到下粘合顺序依次为：慢轴角度为61度的半波片、慢轴角度为83度的半波片、慢轴角度为7度的半波片、慢轴角度为29度的半波片，每个慢轴角度的贴合偏差为正负1度；
所述的半波片、四分之一波片在相同方案中的材质相同，为具有双折射特性的聚合物材料。
2.如权利要求1所述的宽波带半波片，其特征为所述的有机聚合物材料优选为聚碳酸酯或环烯烃聚合物。
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