CN110737098B - 一种分光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分光装置，该分光装置包括：沿光束传播方向依次设置的第一楔形分光镜和第二楔形分光镜；其中，入射光经过所述第一楔形分光镜后产生第一透射光；所述第一透射光经过所述第二楔形分光镜后形成与所述入射光平行的第二透射光。本发明实施例提供的分光装置，可以将不同表面的反射光分离，得到相互不干扰的反射光，在分光的同时不改变光束的形貌和尺寸，且透射光沿着与入射光相同的方向传播。

Description

一种分光装置

技术领域

本发明实施例涉及光学领域，尤其涉及一种分光装置。

背景技术

在光学系统中，特别是测试系统中存在多种参数同时测试的需求，就需要多路分光到各测试模块，图1是现有技术中的分光场景示意图，参考图1，光从光源出射后，沿着光束传输的方向，使用分光元件分光，光束进入各测量模块，实现多模块同时测量。

在光学系统中，分光装置的使用非常普遍，分光装置主要用于分光，把一束光分成两束或多束。传统的分光装置有窗口片、分光镜、楔形分光镜。图2是现有技术中的窗口片或分光镜分光光线走向示意图，参考图2，窗口片分光则利用了光学材料的固有特性：光学材料对任何适用的波段具有一定的反射和透射，从而把一束光分成透射光和反射光，但因为光学元件的前后表面都会反射，且前后表面的反射率相近，镜片的厚度有限，不足以把前后表面的光斑分开，前后表面的反射光斑会互相重合，造成光斑尺寸变大，光斑形状和光强分布失真。分光镜分光则是通过在光学材料上镀膜实现不同的分光比，但是由于光学材料的本性，在后表面上不可避免出现反射光，仍然会造成与窗口片分光同样的问题，前后表面的反射光斑会互相重合，造成光斑尺寸变大，光斑形状和光强分布失真。除窗口片和分光镜外，分光装置还包括楔形分光镜分光，图3是现有技术中楔形分光镜的分光光线走向示意图，参考图3，光束从斜面入射，利用楔形分光镜不同的厚度，使前表面和后表面的反射角度不相同，进而实现分光，但是由楔形分光镜分光产生的透射光与入射光的传播方向会产生偏折，影响分光装置所处的光学系统的正常工作。

发明内容

本发明提供一种分光装置，以得到相互不干扰的反射光，在分光的同时不改变光束的形貌和尺寸，且透射光沿着与入射光相同的方向传播。

第一方面，本发明实施例提供了一种分光装置，包括：

沿光束传播方向依次设置的第一楔形分光镜和第二楔形分光镜；

其中，入射光经过所述第一楔形分光镜后产生第一透射光；所述第一透射光经过所述第二楔形分光镜后形成与所述入射光平行的第二透射光。

可选地，所述第一楔形分光镜和所述第二楔形分光镜的折射率相同。

可选地，沿光束传播方向，所述第一楔形分光镜依次包括第一受光面和第一出光面，所述第二楔形分光镜依次包括第二受光面和第二出光面；

所述第一受光面和所述第二出光面平行，所述第一出光面和所述第二受光面平行。

可选地，所述第一楔形分光镜与所述第二楔形分光镜形状相同。

可选地，所述第一楔形分光镜与所述第二楔形分光镜之间的距离可调。

可选地，还包括导轨，所述第一楔形分光镜和/或所述第二楔形分光镜设置于所述导轨上。

可选地，所述第一楔形分光镜的所述第一受光面上设置有光学膜层，所述光学膜层具有预设的透反比。

可选地，沿光束传播方向，所述第一楔形分光镜依次包括第一受光面和第一出光面，所述第二楔形分光镜依次包括第二受光面和第二出光面；

所述入射光经过所述第一楔形分光镜的所述第一受光面产生第一反射光，经所述第一出光面产生第二反射光；所述第二反射光在所述第一楔形分光镜内多次反射后形成第三透射光；所述入射光经过所述第二楔形分光镜的所述第二受光面产生第三反射光，经所述第二出光面产生第四反射光；所述第四反射光在所述第二楔形分光镜内多次反射后形成第四透射光；

所述第一楔形分光镜的所述第一出光面设置有第一挡片，所述第一挡片用于遮挡所述第三透射光；

和/或所述第二楔形分光镜的所述第二出光面设置有第二挡片，所述第二挡片用于遮挡所述第四透射光。

可选地，还包括沿光束传播方向依次设置的第三楔形分光镜和第四楔形分光镜；

所述第三楔形分光镜和所述第四楔形分光镜位于所述第二楔形分光镜的第二出光面一侧，且所述第三楔形分光镜和所述第四楔形分光镜与所述第一楔形分光镜和第二楔形分光镜以垂直光轴的平面呈镜像对称，所述第三楔形分光镜与所述第一楔形分光镜折射率相同，所述第四楔形分光镜与所述第二楔形分光镜折射率相同。

可选地，所述入射光入射所述第一楔形分光镜时的入射角为45度。

本发明实施例提供的分光装置，利用楔形分光镜，可将不同表面的反射光分离，得到相互不干扰的反射光，在分光的同时不改变光束的形貌和尺寸，同时，通过另外一个楔形分光镜，将由前一个楔形分光镜改变了传播方向的透射光，进行角度补偿，保证了最终出射的透射光沿着与入射光相同的方向传播。

附图说明

图1是现有技术中的分光场景示意图；

图2是现有技术中的窗口片或分光镜分光光线走向示意图；

图3是现有技术中楔形分光镜的分光光线走向示意图；

图4为本发明实施例提供的一种分光装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种分光装置的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的又一种分光装置的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的楔形分光镜距离原理图；

图8是本发明实施例提供的又一种分光装置的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的又一种分光装置的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的又一分光装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图4为本发明实施例提供的一种分光装置的结构示意图，参考图4，该分光装置包括：沿光束传播方向依次设置的第一楔形分光镜11和第二楔形分光镜12；其中，入射光经过第一楔形分光镜11后产生第一透射光1-T；第一透射光1-T经过第二楔形分光镜12后形成与入射光平行的第二透射光2-T。

其中，第一楔形分光镜11和第二楔形分光镜12为一种正反面不平行的，具有一定夹角的分光镜，沿光束传播方向，第一楔形分光镜11依次包括第一受光面111和第一出光面112，第二楔形分光镜12依次包括第二受光面121和第二出光面122。第一楔形分光镜11和第二楔形分光镜12采用的光学材料对任何适用的波段具有一定的反射和透射，因此，可把入射光1分成第一透射光1-T和第一反射光1-R1，而入射光1在进入第一楔形分光镜11后，在第一楔形分光镜11的出光面也会产生反射，进而透过第一楔形分光镜11的受光面出射，形成第二反射光1-R2，显然，第二反射光1-R2与第一反射光1-R1的出射方向存在较大偏差，因而保证了第一反射光1-R1不受第二反射光1-R2的干扰，并且，入射光1在进入第一楔形分光镜11后，会在受光面和出光面进行多次反射，同理，反射后出射的反射光均与第一反射光1-R1的传播方向具有较大偏差，因此，第一反射光1-R1的光斑形状和光强分布不会因其他反射光的干扰而失真。继续参考图4，第一透射光1-T通过第二楔形分光镜12后同样可以产生反射光和第二透射光2-T，此时，第二楔形分光镜12可通过合理地设置和选择楔角、放置位置以及分光镜折射率，保证第二透射光2-T与入射光1平行。

本发明实施例提供的分光装置，利用楔形分光镜，可将不同表面的反射光分离，得到相互不干扰的反射光，在分光的同时不改变光束的形貌和尺寸，同时，通过另外一个楔形分光镜，将由前一个楔形分光镜改变了传播方向的透射光，进行角度补偿，保证了最终出射的透射光沿着与入射光相同的方向传播。

继续参考图4，可选地，第一楔形分光镜11的第一受光面111上设置有光学膜层，光学膜层具有预设的透反比。通过光学膜层可以形成不满足光学系统要求的分光比，以适应不同类型的分光。

可选地，入射光1入射第一楔形分光镜11时的入射角θ为45度。通过设置入射角为45度，可以保证该分光装置分出的第一反射光1-R1与原入射光1的光路垂直，进一步地可以为第一反射光的采集装置余留足够的空间，保证第一反射光的测试装置不会干扰正常的光学系统。

图5是本发明实施例提供的另一种分光装置的结构示意图，参考图5，第一楔形分光镜11和第二楔形分光镜12可采用相同折射率的材料制成，而为了保证第二透射光2-T和入射光1平行，需要对第二楔形分光镜12的形状和位置进行合理设置，其中涉及第一透射光1-T入射第二楔形分光镜12的入射角，即在第二楔形分光镜12的折射率确定的情况下，通过合理设置入射角，即可确定出射的第二透射光2-T的出射角度，即可保证第二透射光2-T与入射光1的传播方向一致。

继续参考图5，沿光束传播方向，第一楔形分光镜11依次包括第一受光面111和第一出光面112，第二楔形分光镜12依次包括第二受光面121和第二出光面122；进一步地，为了方便第二楔形分光镜12的位置放置和形状的设计制作，可设计第一受光面111和第二出光面122平行，第一出光面112和第二受光面121平行。

图6是本发明实施例提供的又一种分光装置的结构示意图，参考图6，更进一步地，第一楔形分光镜11与第二楔形分光镜12形状相同。如图6所示，采用形状相同的第一楔形分光镜11和第二楔形分光镜12，即两楔形分光镜的大小和厚度相同，在折射率相同，即采用同一种材料制备的情况下，只需平行放置第一楔形分光镜11和第二楔形分光镜12即可，此时第一楔形分光镜11和第二楔形分光镜12为中心对称放置，第二透射光2-T的传播方向可以保证与入射光1平行。

可选地，第一楔形分光镜11与第二楔形分光镜12之间的距离可调。图7是本发明实施例提供的楔形分光镜距离原理图，参考图7，第二透射光2-T与入射光1虽然保证了传播方向平行，但第二透射光2-T与入射光1在y维度上发生了平移，显然，在光学系统中，如果该平移过大时，可能导致第二透射光2-T被光学元件遮挡，影响正常的光路传播，因此，根据实际的光学系统及光学元件的大小来调节第一楔形分光镜11和第二楔形分光镜12的间距，进而可以调节第二透射光2-T在y维度上的平移量。具体的，假设楔形分光镜所放置介质空间的折射率为n0，第一楔形分光镜11的折射率为n1，第一楔形分光镜的楔角为δ1，第二楔形分光镜的折射率为n2，第二楔形分光镜的楔角为δ2，根据折射定律，光束1入射到第一楔形分光镜11的入射角α1，在第一楔形分光镜11平面产生的折射角γ1，第一投射光1-T入射到第二楔形分光镜12的入射角α2，在第二楔形分光镜12平面产生的折射角γ2，光束传输过程中满足如下关系：n0*sinα1＝n1*sinγ1,n1*sin(γ1-δ1)＝n0*sinβ1，n0*sinα2＝n2*sinγ2，n2*sin(γ2+δ2)＝n0*sinα1。当第一楔形分光镜11和第二楔形分光镜12形状相同，且采用同样的折射率材料时，可设第一楔形分光镜11和第二楔形分光镜的折射率为n1，楔角均为δ。假设光束1以α入射第一块楔形板的平面，在第一楔形分光镜11的受光面产生的折射角为γ，在第一楔形分光镜11的出光面的入射角为(γ-δ)，则以β角从第一块楔形分光镜11的出光面出射，以β角从第二块楔形分光镜12的受光面入射，以α角从第二块楔形分光镜12的出射面出射。光束经过两块楔形分光镜后，出射角与入射角相同，光束出射位置沿Y方向产生△y的偏移。假设楔形分光镜放置的介质空间的折射率为n0，根据折射定律，光束入射到第一块楔形分光镜11的入射角α，在第一块楔形分光镜11入射面产生的折射角γ，楔形分光镜的楔角δ，出射角为β，光束传输过程中满足如下关系：n0*sinα＝n1*sinγ，n1*sin(γ-δ)＝n0*sinβ，n0*sinβ＝n1*sin(γ-δ)，n1*sinγ＝n0*sinα。假设光束1从第一楔形分光镜11出射点与光束从第二楔形分光镜12的入射点之间沿Z向的距离为△z，第一楔形分光镜11的光束入射点与光束出射点之间沿Z向的距离为△z1，第二楔形分光镜1的光束入射点与光束出射点之间沿Z向的距离为△z2，则产生的光束量为△y＝△z*tan(α-β-δ)+(△z1+△z2)*tan(α-γ)，由此，可根据第一楔形分光镜11和第二楔形分光镜12的楔角、厚度、以及入射光的入射角，来确定光束平移量△y，进一步地，可根据两楔形分光镜的间距，来调节光束的平移量△y。

图8是本发明实施例提供的又一种分光装置的结构示意图，参考图8，可选地，该分光装置还包括导轨21，第一楔形分光镜11和/或第二楔形分光镜12设置于导轨21上。具体地可将第一楔形分光镜11或第二楔形分光镜12中的至少一个设置于导轨上，保证第一楔形分光镜11或第二楔形分光镜12在移动过程中能够保持相互平行，同时通过两楔形分光镜间距的改变调节第二透射光2-T在y维度上的平移量。

图9是本发明实施例提供的又一种分光装置的结构示意图，参考图9，入射光1经过第一楔形分光镜11的第一受光面111产生第一反射光R1，经第一出光面112产生第二反射光R2；第二反射光R2在第一楔形分光镜11内多次反射后形成第三透射光T3；入射光经过第二楔形分光镜12的第二受光面121产生第三反射光R3，经第二出光面122产生第四反射光R4；第四反射光R4在第二楔形分光镜12内多次反射后形成第四透射光T4；可选地，第一楔形分光镜11的第一出光面112设置有第一挡片31，第一挡片31用于遮挡第三透射光T3；和/或第二楔形分光镜12的第二出光面122设置有第二挡片32，第二挡片32用于遮挡第四透射光T4。

其中，第二反射光R2在第一楔形分光镜11内多次反射后形成第三透射光T3，第四反射光R4在第二楔形分光镜12内多次反射后形成第四透射光T4，此处第三透射光T3和第四透射光T4表示除第一透射光T1和第二透射光T2外的其他经过楔形分光镜内部的反射最终由出光面出射的透射光，由此，通过第一挡片31和第二挡片32，保证了出射的透射光可以仅限于第二透射光，从而使由该分光装置分出的透射光不会被其他透射光束所干扰，而影响整个光学系统。

图10是本发明实施例提供的又一分光装置的结构示意图，参考图10，该分光装置还包括沿光束传播方向依次设置的第三楔形分光镜13和第四楔形分光镜14；第三楔形分光镜13和第四楔形分光镜14位于第二楔形分光镜14的第二出光面122一侧，且第三楔形分光镜13和第四楔形分光镜14与第一楔形分光镜11和第二楔形分光镜12以垂直光轴的平面呈镜像对称，第三楔形分光镜13与第一楔形分光镜11折射率相同，第四楔形分光镜14与第二楔形分光镜12折射率相同。

通过设置与第一楔形分光镜11和第二楔形分光镜12镜像对称的第三楔形分光镜13和第四楔形分光镜14，并且第三楔形分光镜13与第一楔形分光镜11折射率相同，第四楔形分光镜14与第二楔形分光镜12折射率相同，即保证了第二透射光2-T在第三楔形分光镜13和第四楔形分光镜14中的光路与入射光在第一楔形分光镜和第二楔形分光镜中光路呈镜像对称，由此可以任意调节第一楔形分光镜11和第二楔形分光镜12的间距，而最终出射的透射光T与入射光1不会在y维度上产生平移，从而还原了入射光1的光路，对于需要根据光束位置进行测量、成像等工作的光学系统，能够保证分光的同时不影响光学系统的正常工作。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种分光装置，其特征在于，包括：

沿光束传播方向依次设置的第一楔形分光镜和第二楔形分光镜；

其中，入射光经过所述第一楔形分光镜后产生第一透射光；所述第一透射光经过所述第二楔形分光镜后形成与所述入射光平行的第二透射光；

沿光束传播方向，所述第一楔形分光镜依次包括第一受光面和第一出光面，所述第二楔形分光镜依次包括第二受光面和第二出光面；

其中，所述第一楔形分光镜的所述第一出光面设置有第一挡片，所述第一挡片可以遮挡除所述第一透射光外的由所述第一出光面出射的透射光；和/或所述第二楔形分光镜的所述第二出光面设置有第二挡片，所述第二挡片可以遮挡除所述第二透射光外的由所述第二出光面出射的透射光。

2.根据权利要求1所述的分光装置，其特征在于，所述第一楔形分光镜和所述第二楔形分光镜的折射率相同。

3.根据权利要求2所述的分光装置，其特征在于，沿光束传播方向，所述第一楔形分光镜依次包括第一受光面和第一出光面，所述第二楔形分光镜依次包括第二受光面和第二出光面；

所述第一受光面和所述第二出光面平行，所述第一出光面和所述第二受光面平行。

4.根据权利要求3所述的分光装置，其特征在于，所述第一楔形分光镜与所述第二楔形分光镜形状相同。

5.根据权利要求1所述的分光装置，其特征在于，所述第一楔形分光镜与所述第二楔形分光镜之间的距离可调。

6.根据权利要求5所述的分光装置，其特征在于，还包括导轨，所述第一楔形分光镜和/或所述第二楔形分光镜设置于所述导轨上。

7.根据权利要求1所述的分光装置，其特征在于，所述第一楔形分光镜的所述第一受光面上设置有光学膜层，所述光学膜层具有预设的透反比。

8.根据权利要求1所述的分光装置，其特征在于，所述入射光经过所述第一楔形分光镜的所述第一受光面产生第一反射光，经所述第一出光面产生第二反射光；所述第二反射光在所述第一楔形分光镜内多次反射后形成第三透射光；所述入射光经过所述第二楔形分光镜的所述第二受光面产生第三反射光，经所述第二出光面产生第四反射光；所述第四反射光在所述第二楔形分光镜内多次反射后形成第四透射光；

所述第一挡片用于遮挡所述第三透射光；

所述第二挡片用于遮挡所述第四透射光。

9.根据权利要求1-8任一项所述的分光装置，其特征在于，还包括沿光束传播方向依次设置的第三楔形分光镜和第四楔形分光镜；

所述第三楔形分光镜和所述第四楔形分光镜位于所述第二楔形分光镜的第二出光面一侧，且所述第三楔形分光镜和所述第四楔形分光镜与所述第一楔形分光镜和第二楔形分光镜以垂直光轴的平面呈镜像对称，所述第三楔形分光镜与所述第一楔形分光镜折射率相同，所述第四楔形分光镜与所述第二楔形分光镜折射率相同。

10.根据权利要求1所述的分光装置，其特征在于，所述入射光入射所述第一楔形分光镜时的入射角为45度。

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