CN109541736B - 一种基于多层梯度折射率透膜的布儒斯特角起偏器 - Google Patents

一种基于多层梯度折射率透膜的布儒斯特角起偏器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于多层梯度折射率透膜的布儒斯特角起偏器，包括：LED光源，用于发出自然光；正齐明透镜，用于消除所述LED光源发出的自然光的球差；多层梯度折射率透膜：用于将所述的正齐明透镜发散后的自然光分的一种偏振方向的光反射过滤，增强与其正交的光分量透射；会聚透镜：用于对所述的多层梯度折射率透膜投射的光分量进行会聚，形成平行光；检偏器：用于检测所述的会聚透镜形成的平行光的偏振态；其中，所述LED光源(1)位于正齐明透镜的齐明点处，LED光源的中心点和正齐明透镜的中心点位于多层梯度折射率透膜的公法线上。本发明通过多层梯度折射率透膜和布儒斯特角制备径向偏振器，此设备简单、造价低廉。

Description

一种基于多层梯度折射率透膜的布儒斯特角起偏器
技术领域
本发明涉及制备径向偏振光技术领域，特别是涉及一种基于多层梯度折射率透膜的布儒斯特角起偏器。
背景技术
自20世纪后半叶Y Mushiake等人首次利用激光振荡方式在实验中通过He-Ne激光器获得径向偏振光后，径向偏振光在光学存储、切割金属等方面得到广泛推广。
径向偏振光在近场光学聚焦面上产生的聚焦点，相对于目前发现的其他类型的光来说更具纵向电场强、聚焦点小等优点，这种特性可以增加光学存储的面密度。此外，径向偏振激光束由于自身的轴对称性，切割金属的效率更高。通过对径向偏振光更深入的研究以及新的性质不断地被发现，径向偏振光更加广阔的应用前景逐渐浮出水面。
目前制备径向偏振光的方法有很多，对于双折射效应及腔内选择法，虽然效率高、谐振腔结构简单，但是缺点在于其对于温度的稳定性依赖强，输出的径向偏振光稳定性差；对于特殊元件法，在效率高的同时，衍射损耗大、造价昂贵，难以推广；对于腔外整形法，输出比较稳定但是径向偏振光的偏振度不纯，而且使用的光学元件过多。
虽然，径向偏正光的应用逐渐得到广泛的推广，但是目前诸多的制备方法由于种种缺点，已经无法满足设备简单、造价低廉等需求。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种设备简单、且造价低能够制备径向偏振光的基于多层梯度折射率透膜的布儒斯特角起偏器。
技术方案：所述的基于多层梯度折射率透膜的布儒斯特角起偏器，包括：LED光源，用于发出自然光；正齐明透镜，用于消除所述LED光源，发出的自然光的球差；多层梯度折射率透膜：用于将所述的正齐明透镜发散后的自然光分的一种偏振方向的光反射过滤，增强与其正交的光分量透射；
会聚透镜：用于对所述的多层梯度折射率透膜投射的光分量进行会聚，形成平行光；检偏器：用于检测所述的会聚透镜形成的平行光的偏振态；其中，所述LED光源位于正齐明透镜的齐明点处，LED光源的中心点和正齐明透镜的中心点位于多层梯度折射率透膜的公法线上。
进一步，所述多层梯度折射率透膜的折射率分布为：
n(r)＝n_0·1/h·r
其中，n(r)为多层梯度折射率透膜的折射率分布，n_0为环境折射率，h为自然光的光源位置与偏振膜的距离，r为透膜上某一点与圆心之间的距离。
进一步，所述LED光源采用点光源。
进一步，所述多层梯度折射率透膜为圆环形，每层厚度为0.5～1.0mm。
进一步，经所述多层梯度折射率透膜折射出来的光为径向偏振光。
有益效果：本发明的一种基于多层梯度折射率透膜的布儒斯特角起偏器，利用多层梯度折射率透膜与布儒斯特角过滤掉角向偏振光，制备径向偏振光，其设备简单、造价低廉；并设备制备径向偏正的稳定性好，不受温度的影响。
附图说明
图1为本发明的布儒斯特角起偏器结构分解示意图；
图2为本发明的径向偏正光示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步的说明。
本发明给出一种基于多层梯度折射率透膜的布儒斯特角起偏器，如图1所示，该起偏器包括：LED光源1：用于发出自然光；LED光源采用0603规格的点光源；正齐明透镜2：用于消除自然光的球差，发散后的自然光照射到多层梯度折射率透膜3上；LED光源位于正齐明透镜的齐明点处，且两者中心皆位于多层梯度折射率透膜圆心处的公法线上；多层梯度折射率透膜3：用于将自然光分的一种偏振方向的光反射过滤，与其正交的光分量透射增强，并发送到汇聚透镜上4；所述多层梯度折射率透膜为圆环形；会聚透镜4：用于对投射光分量进行会聚，形成平行光照射到检偏器上；
检偏器5：用于检测平行光的偏振态。
其中，利用布儒斯特角的过滤作用，得到径向偏振光，如图2所示。多层梯度折射率透膜每层厚度为0.5～1.0mm，其折射率分布式为：
Figure BDA0001881422000000021
其折射率分布式(1)的推导过程：
当一束自然光在两种介质的界面上反射和折射时，反射光和折射光的偏振态，要根据菲涅尔公式来计算：
反射光偏正态计算公式：
Figure BDA0001881422000000022
折射光光偏正态计算公式：
Figure BDA0001881422000000031
布儒斯特角：
Figure BDA0001881422000000032
点光源放置在圆形径向梯度折射率透膜的对称轴上,设点光源距离圆形径向梯度折射率透膜的高度为h，点光源发出的光束族∑iAi中任意一条单束光线Ai与平板的入射角为θi，令此梯度折射率透膜的折射率分布满足所有的Ai与透膜间的夹角都为布儒斯特角，通过如下变化可得式(1)：
设光源为O，梯度折射率透膜上一点P，OP与梯度折射率透膜之间的夹角为
Figure BDA0001881422000000033
若要求光源照射在梯度折射率透膜上每一条光线都与梯度折射率透膜形成布儒斯特角，则需满足0.5π-θi＝θb，即
Figure BDA0001881422000000034
化简得
Figure BDA0001881422000000035
本发明利用多层梯度折射率透膜与布儒斯特角过滤掉角向偏振光，制备径向偏振光，其设备简单、造价低廉；并设备制备径向偏正的稳定性好，不受温度的影响。

Claims (4)

1.一种基于多层梯度折射率透膜的布儒斯特角起偏器，其特征在于：包括：
LED光源(1)，用于发出自然光；
正齐明透镜(2)，用于消除所述LED光源(1)发出的自然光的球差；
多层梯度折射率透膜(3)：用于将所述的正齐明透镜(2)发散后的自然光，反射过滤一种偏振方向的光，增强透射与上述偏振光偏振方向正交的光分量；
会聚透镜(4)：用于对所述的多层梯度折射率透膜(3)投射的光分量进行会聚，形成平行光；
检偏器(5)：用于检测所述的会聚透镜(4)形成的平行光的偏振态；
其中，所述LED光源(1)位于正齐明透镜(2)的齐明点处，LED光源的中心点和正齐明透镜的中心点位于多层梯度折射率透膜(3)的公法线上；
所述多层梯度折射率透膜(3)的折射率分布为：
Figure FDA0002784429710000011
其中，n(r)为多层梯度折射率透膜的折射率分布；n0为环境折射率；h为自然光的光源位置与偏振膜的距离；r为透膜上某一点与圆心之间的距离。
2.根据权利要求1所述的基于多层梯度折射率透膜的布儒斯特角起偏器，其特征在于：所述LED光源(1)采用点光源。
3.根据权利要求1所述的基于多层梯度折射率透膜的布儒斯特角起偏器，其特征在于：所述多层梯度折射率透膜(3)为圆环形，每层厚度为0.5～1.0mm。
4.根据权利要求1所述的基于多层梯度折射率透膜的布儒斯特角起偏器，其特征在于：经所述多层梯度折射率透膜折射出来的光为径向偏振光。
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