CN111458893A - 一种分光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分光装置。该分光装置包括第一分光单元和第二分光单元，第一分光单元和第二分光单元分别包括相互垂直的第一反射面和第二反射面；入射光线入射到第一反射面形成第一反射光线，第一反射光线入射到第二反射面形成第二反射光线；入射光线与第一反射光线所在平面为第一入射面，偏振方向平行和垂直于第一入射面的入射光线在第一反射面的反射率分别为第一反射率和第二反射率；第一反射光线与第二反射光线所在平面为第二入射面，偏振方向平行和垂直于第二入射面的第一反射光线在第二反射面的反射率分别为第三反射率和第四反射率；第一反射率等于第三反射率，第二反射率等于第四反射率。本发明的技术方案，实现分光后不改变光束的偏振特性。

Description

一种分光装置

技术领域

本发明实施例涉及光学技术，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。

现有技术中，窗口片、分光镜、分光棱镜等都是常用的分光装置，在分光的过程中，因材料和镀膜的固有属性，会造成不同偏振态的光的反射率不同，这样就会引入一个问题，分光会对偏振光特性的测试造成影响，导致分光后的偏振度与分光前偏振度不同，影响测量结果。

发明内容

本发明提供一种分光装置，以实现分光后不改变光束的偏振特性。

本发明实施例提供一种分光装置，包括：

第一分光单元，所述第一分光单元包括第一反射面；

第二分光单元，所述第二分光单元包括第二反射面；

所述第一反射面和所述第二反射面垂直；

一束入射光线入射到所述第一反射面发生反射，形成第一反射光线，所述第一反射光线入射到所述第二反射面，形成第二反射光线；

所述入射光线与所述第一反射光线所在的平面为第一入射面，偏振方向平行于所述第一入射面的入射光线在所述第一反射面的反射率为第一反射率，偏振方向垂直于所述第一入射面的入射光线在所述第一反射面的反射率为第二反射率；

所述第一反射光线与所述第二反射光线所在的平面为第二入射面，偏振方向平行于所述第二入射面的第一反射光线在所述第二反射面的反射率为第三反射率，偏振方向垂直于所述第二入射面的第一反射光线在所述第二反射面的反射率为第四反射率；

所述第一反射率和所述第三反射率相同，所述第二反射率和所述第四反射率相同。

可选的，所述第一反射面的表面和所述第二反射面的表面设置有光学膜层，所述光学膜层具有预设的透反比。

可选的，所述第一分光单元和所述第二分光单元均为平板分光镜。

可选的，所述第一分光单元和所述第二分光单元的形状和材料均相同。

可选的，所述第一分光单元包括第一楔形分光镜，所述第二分光单元包括第二楔形分光镜。

可选的，还包括第三分光单元，所述第三分光单元包括第三楔形分光镜，所述第三楔形分光镜包括第一入射面和第二入射面；

所述第三楔形分光镜的第一入光面与所述第一楔形分光镜的出光面平行，所述第三楔形分光镜的第二入光面与所述第一反射面平行。

可选的，所述第一楔形分光镜与所述第三楔形分光镜的形状和材料相同。

可选的，所述第一楔形分光镜与所述第三楔形分光镜之间的距离可调。

可选的，还包括第一挡片，用于遮挡所述第一楔形分光镜的出光面反射并经所述第一反射面透射的光线、所述第三楔形分光镜的第一入光面的反射光线以及所述第三楔形分光镜的第二入光面反射并经所述第三楔形分光镜的第一入光面透射的光线。

可选的，还包括位于所述第三楔形分光镜的第二入光面一侧，且与所述第三楔形分光镜共光轴排列的第四分光单元，所述第四分光单元包括第四楔形分光镜和第五楔形分光镜；

所述第三楔形分光镜与所述第四楔形分光镜关于垂直于光轴的平面镜像对称；

所述第一楔形分光镜与所述第五楔形分光镜关于垂直于光轴的平面镜像对称。

可选的，所述入射光线入射到所述第一反射面的入射角为45°。

本发明实施例提供的一种分光装置，包括：第一分光单元，第一分光单元包括第一反射面；第二分光单元，第二分光单元包括第二反射面；第一反射面和第二反射面垂直；一束入射光线入射到第一反射面发生反射，形成第一反射光线，第一反射光线入射到第二反射面，形成第二反射光线；入射光线与第一反射光线所在的平面为第一入射面，偏振方向平行于第一入射面的入射光线在第一反射面的反射率为第一反射率，偏振方向垂直于第一入射面的入射光线在第一反射面的反射率为第二反射率；第一反射光线与第二反射光线所在的平面为第二入射面，偏振方向平行于第二入射面的第一反射光线在第二反射面的反射率为第三反射率，偏振方向垂直于第二入射面的第一反射光线在第二反射面的反射率为第四反射率；通过设置第一反射面和第二反射面垂直，可以使第一入射面与第二入射面垂直，从而实现第一入射面和第二入射面中偏振光相互转换(平行偏振变为垂直偏振，垂直偏振变为平行偏振)，通过设置第一反射率和第三反射率相同，第二反射率和第四反射率相同，实现分光后的出射光线的偏振度与入射光线的偏振度相同，解决分光装置分光后入射光线的偏振度发生改变的问题，分光后不改变光束的偏振特性。

附图说明

图1是现有技术中的分光场景示意图；

图2是本发明实施例提供的一种分光装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种分光装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的又一种分光装置的结构示意图；

图5是一种楔形分光镜分光的光路示意图；

图6是一种楔形分光镜组分光的光路示意图；

图7是本发明实施例提供的又一种分光装置的结构示意图；

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。

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。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的中的具体含义。

图2所示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2，本实施例提供的分光装置包括第一分光单元10，第一分光单元10包括第一反射面101；第二分光单元20，第二分光单元20包括第二反射面201；第一反射面101和第二反射面201垂直；一束入射光线a入射到第一反射面101发生反射，形成第一反射光线b，第一反射光线b入射到第二反射面201，形成第二反射光线c；入射光线a与第一反射光线b所在的平面为第一入射面，偏振方向平行于第一入射面的入射光线在第一反射面101的反射率为第一反射率，偏振方向垂直于第一入射面的入射光线在第一反射面101的反射率为第二反射率；第一反射光线b与第二反射光线c所在的平面为第二入射面，偏振方向平行于第二入射面201的第一反射光线在第二反射面201的反射率为第三反射率，偏振方向垂直于第二入射面的第一反射光线在第二反射面201的反射率为第四反射率；第一反射率和第三反射率相同，第二反射率和第四反射率相同。

示例性的，参考图2，入射光线a沿z方向传播，第一反射光线b沿-x方向传播，第二反射光线沿-y方向传播，第一入射面为xoz平面，第二入射面为xoy平面。假设光源发出的入射光线a包含垂直偏振光H和平行偏振光V，H+V＝1，偏振度为(H-V)/(H+V)。在图2所示的坐标中，垂直偏振光H的偏振方向为y方向，水平偏振光V的偏振方向为x方向，第一反射面101对平行于第一入射面xoz的反射率为第一反射率Rs，对垂直于第一入射面xoz的反射率为第二反射率Rp，由于垂直偏振光H的偏振方向与第一入射面xoz垂直，则反射率为Rp，水平偏振光V的偏振方向与第一入射面xoz平行，则反射率为Rs。如果光束只经过第一分光单元10反射，在第一反射光线b中，垂直偏振光H的含量为H*Rp，平行偏振光V的含量为：V*Rs，偏振度为(H*Rp-V*Rs)/(H*Rp+V*Rs)，因Rs≠Rp，所以只经过第一分光单元10，第一反射光线b的偏振度与入射光线a相比发生变化，会造成测试失真。

当第一反射光线b经过第二分光单元20反射时，第二入射面为xoy平面，第二反射面201对平行于第二入射面xoy的反射率为第三反射率Rs，对垂直于第二入射面xoy的反射率为第四反射率Rp，垂直偏振光H的偏振方向与xoy平面平行，即垂直偏振光H的偏振方向转换为与第二入射面xoy平行，其反射率为Rs，因此垂直偏振光H的含量为：H*Rp*Rs，平行偏振光V的含量为：V*Rs*Rp，偏振度为(H*Rp*Rs-V*Rs*Rp)/(H*Rp*Rs+V*Rs*Rp)＝(H-V)/(H+V)，第二反射光线c的偏振度与入射光线a相同。

本实施例的技术方案，通过设置第一反射面和第二反射面垂直，可以使第一入射面与第二入射面垂直，从而实现第一入射面和第二入射面中偏振光相互转换(平行偏振变为垂直偏振，垂直偏振变为平行偏振)，通过设置第一反射率和第三反射率相同，第二反射率和第四反射率相同，实现分光后的出射光线的偏振度与入射光线的偏振度相同，解决分光装置分光后入射光线的偏振度发生改变的问题，分光后不改变光束的偏振特性。

在上述技术方案的基础上，可选的，第一反射面101的表面和第二反射面201的表面设置有光学膜层，光学膜层具有预设的透反比。通过设置具有预设透反比的光学膜层，可以适用于不同的光学系统，具体透反比的设置可以根据实际需求设计，本发明实施例对此不作限定。

图3所示为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3，可选的，第一分光单元10和第二分光单元20均为平板分光镜。

可以理解的是，在不考虑分光镜前后表面对光斑大小的影响的情况下，第一分光单元10和第二分光单元20都可以为平板分光镜。示例性的，第一分光单元10和第二分光单元20都可以为CaF₂平板分光镜，CaF₂的反射率为Rs＝8％，Rp＝1％。入射光线a经过两次反射后，垂直偏振光H的含量为：H*Rp*Rs，平行偏振光V的含量为：V*Rs*Rp，偏振度为(H*Rp*Rs-V*Rs*Rp)/(H*Rp*Rs+V*Rs*Rp)＝(H-V)/(H+V)，第二反射光线c的偏振度与入射光线a相同。

详细分析数据参考表1，从分析结果来看，只经过第一分光单元10分光，会造成偏振度的严格失真，采用两片垂直放置的平板分光镜(第一分光单元10和第二分光单元20)分光，可以消除光学元件对偏振度的影响。

表1光学元件对偏振度影响分析

可选的，第一分光单元10和第二分光单元20的形状和材料均相同。

示例性的，图3所示的分光装置中第一分光单元10和第二分光单元20利用相同形状的CaF₂平板分光镜，采用相同形状和材料有利于批量加工，降低工艺难度，节约成本。需要说明的是，图3中示出的第一分光单元10和第二分光单元20的表面均为圆形仅是示例性的，具体实施时可以根据实际需求设计形状。

图4所示为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4，可选的，第一分光单元10包括第一楔形分光镜100，第二分光单元20包括第二楔形分光镜200。

可以理解的是，楔形分光镜是一种正反面具有预设夹角的分光镜，图5所示为一种楔形分光镜分光的光路示意图。参考图5，由于楔形分光镜的上下表面不平行，下表面反射并经上表面透射的光线1，3，5与上表面反射的光线-1不平行，随着传播距离的增大，其距离越来越远，在接收端光线1，3，5不会被接收到，就可以消除由于分光镜厚度引起光斑形状的变化。当分光系统要求分光后的光斑形状不变时，可以将第一分光单元10和第二分光单元20都设置为楔形分光镜。

可选的，继续参考图4，该分光装置还包括第三分光单元30，第三分光单元30包括第三楔形分光镜300，第三楔形分光镜300包括第一入光面301和第二入光面302；第三楔形分光镜300的第一入光面301与第一楔形分光镜100的出光面102平行，第三楔形分光镜300的第二入光面302与第一反射面101平行。

可以理解的是，继续参考图5，由于楔形分光镜的上下表面不平行，下表面出射的光与初始入射光线存在明显的夹角，随着传输距离的增加，光束分开的距离变大。由于分光系统有多次分光的需求，光线发生偏转后不便于光学系统搭建，通过设置第三楔形分光镜300，与第一楔形分光镜100形成楔形分光镜组，补偿第一楔形分光镜100引起的光线偏折。具体的，图6所示为一种楔形分光镜组分光的光路示意图。参考图6，入射光经过第一楔形分光镜100，产生第一反射光1-R1和第一透射光1-T，而入射进第一楔形分光镜100的光线在后表面会形成反射，然后再经前表面透射形成第二反射光1-R2，可以理解的是，光线会在第一楔形分光镜100内发生多次反射，图6中仅示例性示出了第二反射光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。第一透射光1-T经过第三楔形分光镜300，形成第三反射光2-R1和平行与入射光的第二透射光2-T，而入射进第三楔形分光镜300的光线在后表面会形成反射，然后再经前表面透射形成第四反射光2-R2。可通过合理地设置和选择第三楔形分光镜300的楔角、放置位置以及分光镜折射率，保证第二透射光2-T与入射光平行。

可选的，第一楔形分光镜100与第三楔形分光镜300的形状和材料相同。采用相同形状和材料有利于批量加工，降低工艺难度，节约成本。需要说明的是，第一楔形分光镜100与第三楔形分光镜300的尺寸可以不同，只需保证楔角相同即可。

可选的，第一楔形分光镜100与第三楔形分光镜300之间的距离可调。

可以理解的是，具体实施时，可以将第一楔形分光镜100与第三楔形分光镜300设置于导轨(图中未示出)上，通过调节两楔形分光镜的间距改变第二透射光在x方向上的平移量。

图7所示为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7，可选的，该分光装置还包括第一挡片40，用于遮挡第一楔形分光镜100的出光面反射并经第一反射面101透射的光线、第三楔形分光镜300的第一入光面301的反射光线以及第三楔形分光镜300的第二入光面302反射并经第三楔形分光镜300的第一入光面301透射的光线。

可以理解的是，光线在第一楔形分光镜100和第三楔形分光镜300内部会发生多次反射，通过设置第一挡片40，保证第二楔形分光镜200仅接收到第一楔形分光镜100的第一反射面101直接反射的光线，降低其他光线对分光装置的干扰。

需要说明的是，具体实施时，第一挡片40还可以设置成两个挡片，分别贴附于第一楔形分光镜100的第一反射面101和第三楔形分光镜300的第一入光面301，其中设置于第一楔形分光镜100的第一反射面101的挡片遮挡除第一反射面101反射光的其他光线，设置于第三楔形分光镜300的第一入光面301遮挡第一入光面301出射的所有光线。

图8所示为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，可选的，该分光装置还包括位于第三楔形分光镜300的第二入光面302一侧，且与第三楔形分光镜300共光轴排列的第四分光单元50，第四分光单元50包括第四楔形分光镜510和第五楔形分光镜520；第三楔形分光镜300与第四楔形分光镜510关于垂直于光轴的平面AB镜像对称；第一楔形分光镜100与第五楔形分光镜520关于垂直于光轴的平面镜像对称。

可以理解的是，第三楔形分光镜300的第二入光面302出射的光线与初始的入射光线平行，但会产生平移，若光学系统进行多次分光，光路平移会越来越大，可能会导致分光系统体积过大，为了简化设计，可以设置所有楔形分光镜形状和材料都相同，通过设置第三楔形分光镜300与第四楔形分光镜510关于垂直于光轴的平面镜像对称；第一楔形分光镜100与第五楔形分光镜520关于垂直于光轴的平面镜像对称，以补偿第三楔形分光镜300引起的光线平移Δx。

可选的，入射光线入射到第一反射面的入射角为45°。

可以理解的是，由于第一入射面和第二入射面相互垂直，因此第一入射面上的所有光线都与第二入射面上的光线垂直，因此入射光线的入射角可以为任意角度。在本实施例中，通过设置入射光线入射到第一反射面的入射角为45°，有利于第一分光单元和第二分光单元的布置。

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，本发明不限于这里所述的特定实施例，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 (11)

1.一种分光装置，其特征在于，包括：

第一分光单元，所述第一分光单元包括第一反射面；

第二分光单元，所述第二分光单元包括第二反射面；

所述第一反射面和所述第二反射面垂直；

一束入射光线入射到所述第一反射面发生反射，形成第一反射光线，所述第一反射光线入射到所述第二反射面，形成第二反射光线；

所述入射光线与所述第一反射光线所在的平面为第一入射面，偏振方向平行于所述第一入射面的入射光线在所述第一反射面的反射率为第一反射率，偏振方向垂直于所述第一入射面的入射光线在所述第一反射面的反射率为第二反射率；

所述第一反射光线与所述第二反射光线所在的平面为第二入射面，偏振方向平行于所述第二入射面的第一反射光线在所述第二反射面的反射率为第三反射率，偏振方向垂直于所述第二入射面的第一反射光线在所述第二反射面的反射率为第四反射率；

所述第一反射率和所述第三反射率相同，所述第二反射率和所述第四反射率相同。

2.根据权利要求1所述的分光装置，其特征在于，所述第一反射面的表面和所述第二反射面的表面设置有光学膜层，所述光学膜层具有预设的透反比。

3.根据权利要求1所述的分光装置，其特征在于，所述第一分光单元和所述第二分光单元均为平板分光镜。

4.根据权利要求3所述的分光装置，其特征在于，所述第一分光单元和所述第二分光单元的形状和材料均相同。

5.根据权利要求1所述的分光装置，其特征在于，所述第一分光单元包括第一楔形分光镜，所述第二分光单元包括第二楔形分光镜。

6.根据权利要求5所述的分光装置，其特征在于，还包括第三分光单元，所述第三分光单元包括第三楔形分光镜，所述第三楔形分光镜包括第一入光面和第二入光面；

所述第三楔形分光镜的第一入光面与所述第一楔形分光镜的出光面平行，所述第三楔形分光镜的第二入光面与所述第一反射面平行。

7.根据权利要求6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三楔形分光镜的形状和材料相同。

8.根据权利要求6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三楔形分光镜之间的距离可调。

9.根据权利要求6所述的分光装置，其特征在于，还包括第一挡片，用于遮挡所述第一楔形分光镜的出光面反射并经所述第一反射面透射的光线、所述第三楔形分光镜的第一入光面的反射光线以及所述第三楔形分光镜的第二入光面反射并经所述第三楔形分光镜的第一入光面透射的光线。

10.根据权利要求6所述的分光装置，其特征在于，还包括位于所述第三楔形分光镜的第二入光面一侧，且与所述第三楔形分光镜共光轴排列的第四分光单元，所述第四分光单元包括第四楔形分光镜和第五楔形分光镜；

所述第三楔形分光镜与所述第四楔形分光镜关于垂直于光轴的平面镜像对称；

所述第一楔形分光镜与所述第五楔形分光镜关于垂直于光轴的平面镜像对称。

11.根据权利要求1所述的分光装置，其特征在于，所述入射光线入射到所述第一反射面的入射角为45°。

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