CN107085311A - 一种转向对称分束偏光棱镜 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光学元件的结构设计和材料选用领域，特别涉及到对称分束偏光棱镜。该方法采用冰洲石与玻璃组合，设计出了一种转向对称分束偏光棱镜，该偏光棱镜既能使光束转向90°，又可以实现对称分束起偏，集成了转向棱镜和对称分束棱镜的功能，将其应用于光路中，可以省去一只转向棱镜，减少光强损失，提高光路调节便易度，同时该偏光棱镜相对于传统的全冰洲石棱镜可以节省冰洲石晶体材料，降低棱镜制作成本。

Description

一种转向对称分束偏光棱镜
技术领域
本发明属于光学元件的结构设计和材料选用领域，特别涉及到对称分束偏光棱镜。
背景技术
随着偏振光学的发展，尤其是偏振检测技术的迅速发展，偏振棱镜一直是人们关注的对象，它是光路起偏、检偏的核心器件。目前一般采用冰洲石晶体制作棱镜，但是天然的光学级冰洲石晶体资源日渐枯竭，寻找代替晶体或者改进设计降低单只棱镜中冰洲石晶体材料的消耗就成为研究热点，此外，在一些具有转向、分束等特定需求的光路中，存在分立器件多，光强损失大，光路调节复杂的问题，若能在一定程度上集成分立的光学器件的功能，可极大的提高光路调节的便易度。
发明内容
本发明的目的在于通过新的棱镜设计，采用冰洲石晶体和玻璃组合的方法，降低冰洲石晶体材料的消耗，设计冰洲石与玻璃组合的具有90°转向、对称分束输出的复合功能偏光棱镜。
本发明采用的技术方案为两块三棱镜通过树脂胶、光胶或者空气隙胶合在一起，形成棱台结构，如图1所示；所述的两棱镜的材质分别为H-BaK8玻璃和冰洲石晶体；所述的H-BaK8玻璃为光学玻璃，H-BaK8为光学领域对该玻璃的公认编号，H-BaK8玻璃作为一种光学玻璃，具备尺寸大、价格低的特点，其光学透过范围为290nm~2400nm，覆盖冰洲石晶体棱镜的透过范围，本发明采用H-BaK8玻璃的关键技术是H-BaK8玻璃的折射率色散曲线近乎完美的位于冰洲石两主折射率色散曲线的中间，如图2所示；在与冰洲石晶体棱镜组合时，通过结构设计，可以使非常光和寻常光通过棱镜时发生偏折，两光线偏折的角度近似相等；所述的冰洲石晶体为天然光学级冰洲石晶体；如图3所示， H-BaK8玻璃三棱镜45°顶角所对的面与第二块直角三棱镜的直角所对的面通过树脂胶、光胶或空气隙胶合在一起，形成棱台结构，H-BaK8玻璃三棱镜的左侧入射端面垂直于冰洲石直角三棱镜的下方出射端面；所述的冰洲石直角三棱镜的通光面为一直角面和斜面；所述的冰洲石直角三棱镜的光轴方向平行于其三条棱，亦平行于其通光斜面和两直角面；所述的两棱镜通光面间的结构角分别为S2和S3，这两个结构角的关系为S3=90o- S2。
所述的组合棱镜另一结构角S1恒为45°，其目的是使光束发生90°转向。
入射光束从组合棱镜左侧端面垂直入射，在玻璃棱镜右侧端面上全反射，在胶合面上斜入射，折射进入空气隙或树脂胶，之后折射进入冰洲石直角棱镜，发生双折射，最后在直角棱镜下方直角面上分别折射进入空气，形成对称分束的两束偏振光。
根据折射定律，组合棱镜的分束角Δ和对称分束偏差δ可由下式求出：
（1）
（2）
（3）
（4）。
图4为本发明的转向对称分束偏光棱镜在结构角S2为22.5°，S3为67.5°时，分束角偏差随波长变化的曲线，可以看到，在0.3~2.4微米的宽波段内，对称分束偏差均小于0.07°。
本发明的有益效果是：本发明的偏光棱镜集成了光束的90°转向和对称分束功能，与传统的冰洲石对称分束偏光棱镜相比，降低了偏光棱镜中冰洲石晶体的使用量，降低了偏光棱镜制作成本，同时因为集成度的提高，可减少光强损失，提高光路调节的便易度。
附图说明：
图1为本发明转向对称分束偏光棱镜的结构图，其中双向箭头表示冰洲石晶体光轴的方向；
图2为本发明采用的H-BaK8玻璃的折射率色散曲线与冰洲石非常光、寻常光主折射率色散曲线图，其中ng为H-BaK8玻璃的折射率，no为冰洲石寻常光的主折射率，ne为冰洲石非常光的主折射率；
图3为本发明转向对称分束偏光棱镜的结构及光路图，其中圆点表示方向垂直于纸面；
图4为本发明转向对称分束偏光棱镜在S2为22.5°，S3为67.5°时的对称分束偏差随波长的变化曲线。
具体实施方式：
实施例一：如图3所示，两棱镜的材质分别为H-BaK8玻璃和冰洲石晶体，冰洲石直角棱镜的光轴方向平行于通光斜面和两直角面，两棱镜之间通过空气隙形式胶合，组合棱镜中结构角分别为：S1=45.00°，S2=22.50°，S3=67.50°，取入射光波长为632.8nm，此时，H-BaK8玻璃的折射率为1.57041，冰洲石晶体的非常光主折射率为1.48494，寻常光主折射率为1.65576，入射光从组合棱镜左侧端面垂直入射，在玻璃棱镜右侧端面上全反射，在玻璃与空气隙界面上发生折射，折射光束穿过空气隙后进入冰洲石直角棱镜，发生双折射，之后在直角棱镜下方直角面上分别再次折射进入空气，形成对称分束的两束偏振光，由式（1）~（4）可以求出本发明设计的转向对称分束偏光棱镜的分束角为4.05°，对称分束偏差为0.02°。
实施例二：如图3所示，两棱镜的材质分别为H-BaK8玻璃和冰洲石晶体，冰洲石直角棱镜的光轴方向平行于通光斜面和两直角面，两棱镜之间通过光胶形式胶合，组合棱镜中结构角分别为：S1=45.00°，S2=35.00°，S3=55.00°，取入射光波长为325nm，此时，H-BaK8玻璃的折射率为1.60851，冰洲石晶体的非常光主折射率为1.5084，寻常光主折射率为1.70687，入射光从组合棱镜左侧端面垂直入射，在玻璃棱镜右侧端面上全反射，在玻璃与冰洲石界面上，折射光束进入冰洲石直角棱镜，发生双折射，之后在直角棱镜下方直角面上分别再次折射进入空气，形成对称分束的两束偏振光，由式（1）~（4）可以求出本发明设计的转向对称分束偏光棱镜的分束角为7.98°，对称分束偏差为0.02°。
实施例三：如图3所示，两棱镜的材质分别为H-BaK8玻璃和冰洲石晶体，冰洲石直角棱镜的光轴方向平行于通光斜面和两直角面，两棱镜之间通过树脂胶的形式胶合，组合棱镜中结构角分别为：S1=45.00°，S2=30.00°，S3=60.00°，取入射光波长为1550nm，此时，H-BaK8玻璃的折射率为1.55509，冰洲石晶体的非常光主折射率为1.47768，寻常光主折射率为1.63357，入射光从组合棱镜左侧端面垂直入射，在玻璃棱镜右侧端面上全反射，在玻璃与树脂胶界面上发生折射，折射光束进入树脂胶，穿过树脂胶后折射进入冰洲石直角棱镜，发生双折射，之后在直角棱镜下方直角面上分别再次折射进入空气，形成对称分束的两束偏振光，由式（1）~（4）可以求出本发明设计的转向对称分束偏光棱镜的分束角为5.16°，对称分束偏差为0.01°。

Claims (2)

1.一种转向对称分束偏光棱镜，包括两块三棱镜，其特征在于：其中第一块三棱镜的一个顶角为45°且材质为H-BaK8玻璃，第二块三棱镜为直角三棱镜且材质为冰洲石，冰洲石晶体光轴平行于直角三棱镜的棱，第一块三棱镜45°顶角所对的面与第二块直角三棱镜的直角所对的面胶合在一起，且冰洲石直角三棱镜的下方直角端面垂直于H-BaK8玻璃三棱镜的左侧入射端面。
2.如权利要求1所述的一种转向对称分束偏光棱镜，其特征在于：两块三棱镜的胶合形式可以是树脂胶、光胶或空气隙胶合。
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