CN108761624A - 大入射视场角和超高消光比的楔形偏振分光棱镜 - Google Patents
大入射视场角和超高消光比的楔形偏振分光棱镜 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种大入射视场角和超高消光比的楔形偏振分光棱镜，涉及精密光学测量和精密光学零件制造领域。本发明包括前后交互的呈等腰三角形的三棱镜（10）和呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体（20）；由于二者的材质不同，故而导致它们的折射率有差异，为达到入射光方向和出射的e光方向平行的目的，其顶角被设计成具有一定的差异；偏振分光是由楔形晶体来完成，即利用其双折射效应将偏振态正交的o光和e光在空间上进行分离。本发明利用晶体的双折射效应将入射光分成相互正交的两束线偏振光，实现偏振分光作用；适用于精密光学测量、精密光学零件制造等领域的偏振光路中，可以获得大的入射视场角和超高消光比。
Description
技术领域
本发明涉及精密光学测量和精密光学零件制造领域，尤其涉及一种大入射视场角和超高消光比的楔形偏振分光棱镜。
背景技术
在精密光学测量和精密光学零件制造等领域的偏振光路中，需要将入射的自然光分成两束偏振度很高的线偏振光；为实现这种功能，需要一种偏振分光元器件，此外在很多应用场合，需要有在器件入射端有较大的光接收锥角。
从目前常用的光学偏振器件来看，它们在器件入射端没有较大的光接收锥角，即入射视场角偏小，或者消光比对某些实验来说还达不到要求。
现分述如下：
①PBS(偏振分光棱镜)，其入射视场角虽然较大，但是它的消光比只在103的量级，对某些要求高消光比的实验而言是远远不够的。
②格兰泰勒棱镜，虽然其消光比较高，达到了105的量级，但是它的入射视场角仅1～3°，所以格兰泰勒棱镜对于光路的准直性要求很高，在实际使用过程中很不方便，位置稍微摆放的不佳就会对实验产生较大的影响。
③格兰汤普森棱镜，虽然它的入射视场角达到了8°左右，消光比达到了104的量级，入射视场角和消光比这两项性能介于PBS和格兰泰勒棱镜之间，但于实际应用中在消光比这一项上还是不那么的理想。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种大入射视场角和超高消光比的楔形偏振分光棱镜，可有效地提高入射视场角和消光比这两项重要指标，给实验带来更好更优的选择。
本发明的目的是这样实现的：
本发明包括前后交互的呈等腰三角形的三棱镜和呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体；
呈等腰三角形的三棱镜包括第1等腰面、第2等腰面和第一底面，第1等腰面和第1底面夹角为α，第2等腰面和第一底面夹角为α，第1等腰面和第2等腰面夹角为β；
其为K9玻璃材质；
呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体包括第3等腰面、第4等腰面和第2底面，第3等腰面和第2底面夹角为γ，第4等腰面和第2底面夹角为γ，第3等腰面和第4等腰面夹角为δ；
第3等腰面和第4等腰面表面镀有增透膜；
其为铌酸锂(MgO：LiNbO3)材质；
呈等腰三角形的三棱镜的顶角β和呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体的顶角δ由如下关系确定：
其中
呈等腰三角形的三棱镜和呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体的位置关系由如下公式确定：
η为呈等腰三角形的三棱镜的第2等腰面和呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体的第3等腰面之间的夹角。
顶角δ的范围为：40°≤δ≤85°；
顶角β的范围为：35°≤β≤82°；
o光和e光的分离角Δδoe的范围为：3°≤Δδoe≤5°；
n10是呈等腰三角形的三棱镜的折射率；
ne是呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体的e光的折射率。
本发明具有以下优点和积极效果：
①本发明由一个呈等腰三角形的三棱镜和一个呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体构成，呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体的两个等腰面的表面均镀有增透膜。
②呈等腰三角形的三棱镜和呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体两个器件相互配合，可使入射光的方向和出射光中的e光方向保持一致，即对光的入射方向不敏感。
③利用晶体的双折射效应将入射光分成相互正交的两束线偏振光，实现偏振分光作用。
④适用于精密光学测量、精密光学零件制造等领域的偏振光路中，可以获得大的入射视场角和超高消光比。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：
10—呈等腰三角形的三棱镜；
11—第1等腰面；12—第2等腰面；13—第2底面；
20—呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体；
21—第3等腰面；22—第4等腰面；23—第2底面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明。
1、总体
如图1，本发明包括前后交互的呈等腰三角形的三棱镜10和呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体20。
2、功能部件
1)呈等腰三角形的三棱镜10
呈等腰三角形的三棱镜10包括第1等腰面11、第2等腰面12和第一底面13，第1等腰面11和第1底面13夹角为α，第2等腰面12和第1底面13夹角为α，第1等腰面11和第2等腰面12夹角为β；
其材质为K9玻璃。
2)呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体20
呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体20包括第3等腰面21、第4等腰面22和第2底面23，第3等腰面21和第2底面23夹角为γ，第4等腰面22和第2底面23夹角为γ，第3等腰面21和第四等腰面22夹角为δ；
第3等腰面21和第4等腰面22表面镀有增透膜；
其材质为铌酸锂(MgO：LiNbO3)。
3、交互关系
呈等腰三角形的三棱镜10的顶角β和呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体20的顶角δ由如下关系确定：
其中
呈等腰三角形的三棱镜10和呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体20的位置关系由如下公式确定：
η为呈等腰三角形的三棱镜10的第2等腰面12和呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体20的第3等腰面21之间的夹角。
顶角δ的范围为：40°≤δ≤85°；
顶角β的范围为：35°≤β≤82°；
o光和e光的分离角Δδoe的范围为：3°≤Δδoe≤5°；
n10是呈等腰三角形的三棱镜10的折射率；
ne是呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体20的e光的折射率。
4、本发明的的工作原理为：
其由呈等腰三角形的三棱镜10和呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体20来实现，由于呈等腰三角形的三棱镜10和呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体20的材质不同，故而导致它们的折射率有差异，为达到入射光方向和出射的e光方向平行的目的，呈等腰三角形的三棱镜10和呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体20的顶角被设计成具有一定的差异；偏振分光是由楔形晶体来完成，即利用其双折射效应将偏振态正交的o光和e光在空间上进行分离。
5、实施例
图1中：将入射光相对于图中所示的入射光线偏离一定的角度Δη；
经过计算，当Δη＝5.4°时，出射的e光与图中所示的e光相偏离5.2°；
当Δη＝9.6°时，出射的e光与图中所示的e光相偏离10.3°；
当Δη＝12.6°时，出射的e光与图中所示的e光相偏离14.7°；
可以认为入射光与出射的e光平行度良好，故而该楔形偏振分光棱镜具有较大的入射视场角。
目前通用的偏振器件，如PBS(偏振分光棱镜)的消光比在103的量级，格兰汤普森棱镜的消光比在104的量级，格兰泰勒棱镜的消光比在105的量级；而直接测量和偏振干涉法间接测量都表明：这里的楔形偏振分光棱镜的消光比可以达到106 —107的量级。
由此可见，该楔形偏振分光棱镜的消光比非常高，既可以在精密光学系统中作为独立的偏振分光器件，也可以对其他偏振器件或偏振测量设备进行校准。
Claims (1)
1.一种大入射视场角和超高消光比的楔形偏振分光棱镜，其特征在于：
包括前后交互的呈等腰三角形的三棱镜(10)和呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体(20)；
呈等腰三角形的三棱镜(10)包括第1等腰面(11)、第2等腰面(12)和第一底面(13)，第1等腰面(11)和第1底面(13)夹角为α，第2等腰面(12)和第1底面(13)夹角为α，第1等腰面(11)和第2等腰面(12)夹角为β；其材质为K9玻璃；
呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体(20)包括第3等腰面(21)、第4等腰面(22)和第2底面(23)，第3等腰面(21)和第2底面(23)夹角为γ，第4等腰面(22)和第2底面(23)夹角为γ，第3等腰面(21)和第4等腰面(22)夹角为δ；第3等腰面(21)和第4等腰面(22)表面镀有增透膜，其材质为铌酸锂；
呈等腰三角形的三棱镜(10)的顶角β和呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体(20)的顶角δ由如下关系确定：
其中
呈等腰三角形的三棱镜(10)和呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体(20)的位置关系由如下公式确定：
η为呈等腰三角形的三棱镜(10)的第2等腰面(12)和呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体(20)的第3等腰面(21)之间的夹角；
顶角δ的范围为：40°≤δ≤85°；
顶角β的范围为：35°≤β≤82°；
o光和e光的分离角Δδoe的范围为：3°≤Δδoe≤5°；
n10是呈等腰三角形的三棱镜(10)的折射率；
ne是呈等腰三角形的楔形单轴双折射晶体(20)的e光的折射率。
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