CN113740946A - 一种偏振保持反射镜组 - Google Patents

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刘孟廷
董晓浩
王劼
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Abstract

本发明涉及一种偏振保持反射镜组，包括：第一偏振分光棱镜，具有入射光输入面、第一胶合面、反射光输出面和透射光输出面；第一胶合面与入射光光轴的夹角为45度；第二偏振分光棱镜，位于反射光输出面一侧，第二偏振分光棱镜具有第二胶合面和出射光输出面，第二胶合面与入射光光轴的夹角为45度且与第一胶合面垂直；角锥棱镜，位于第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜的同一侧，角锥棱镜具有三个反射面，三个反射面的交点位于入射光和出射光组成的平面上，且交点到入射光光轴和反射光光轴的距离相同。本发明的偏振保持反射镜组对相互正交偏振入射光的S光部分和P光部分分别传输再重合，可实现优于现有技术的保偏性能。

Description

一种偏振保持反射镜组
技术领域
本发明涉及光学测量设备技术领域，更具体地涉及一种应用于正交线偏振光或任意偏振光的偏振保持反射镜组。
背景技术
角锥棱镜因其出射光与入射光平行、方向相反的特性，被作为一种特殊回射器广泛应用于激光器折叠式谐振腔、位置测量激光干涉仪、光信号分析等领域。
然而，角锥棱镜存在失偏效应，限制了其性能。比如对于双频激光干涉测量系统，正是利用偏振态分离测量和参考光束，若使用角锥棱镜进行光学倍频，失偏会引起严重的非线性误差，影响测量结果。
为了解决上述问题，现有技术手段是对角锥棱镜外加晶片、反射面镀金属膜或多层膜，但其保偏性能较低，无法满足如今越来越高精度的应用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种偏振保持反射镜组，在实现有效出射光束与入射光束平行、方向相反且空间分离的同时，保证有效出射光束与入射光束偏振度的一致性，以满足高精度的应用需求。
为实现上述目的，本发明提供一种偏振保持反射镜组，包括：
第一偏振分光棱镜，具有入射光输入面、第一胶合面、反射光输出面和透射光输出面；所述第一胶合面与入射光光轴的夹角为45度；
第二偏振分光棱镜，位于所述第一偏振分光棱镜的所述反射光输出面一侧，所述第二偏振分光棱镜具有第二胶合面和出射光输出面，所述第二胶合面与入射光光轴的夹角为45度且与所述第一胶合面垂直；
角锥棱镜，位于所述第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜的同一侧，并与所述透射光输出面相对，所述角锥棱镜具有三个反射面，所述三个反射面的交点位于入射光和出射光组成的平面上，且所述交点到入射光光轴和反射光光轴的距离相同；
其中，所述入射光输入面接收入射光，该入射光经过第二偏振分光棱镜和角锥棱镜后由出射光输出面射出。
进一步地，所述入射光输入面垂直于入射光光轴。
进一步地，所述出射光输出面与出射光光轴垂直。
进一步地，所述入射光与所述出射光光轴平行且方向相反。
进一步地，所述输入面与所述出射光输出面平行或共面。
进一步地，所述角锥棱镜具有输入输出面，所述输入输出面与所述透射光输出面平行或贴合。
进一步地，所述第二偏振分光棱镜具有第一反射光输入面，所述第一反射光输入面与所述反射光输出面平行或贴合。
进一步地，所述第二偏振分光棱镜具有第二反射光输入面，所述第二反射光输入面与所述透射光输出面平行或共面并与所述输入输出面平行或贴合。
进一步地，还包括光强衰减器，位于所述第一偏振分光棱镜和所述第二偏振分光棱镜之间，所述光强衰减器的光轴与所述第一偏振分光棱镜的反射光光轴一致。
进一步地，所述角锥棱镜的出射光与所述第二偏振分光棱镜的反射光共路且在反射镜组传播路径上的光强缩放比一致。
本发明的偏振保持反射镜组由偏振分光棱镜和角锥棱镜等常用光学元件组成，结构简单，容易组装；且组装时仅需控制角锥棱镜的输入输出面和三个反射面的交点的位置而无需调整三个反射面的朝向，限制少，容易调。
附图说明
图1为按照本发明一实施例的用于正交线偏振光的偏振保持反射镜组的结构示意图；
图2为按照本发明另一实施例的用于任意偏振光的偏振保持反射镜组的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
如图1所示，本发明一实施例提供一种偏振保持反射镜组，其应用于正交线偏振光的保偏，包括第一偏振分光棱镜1、角锥棱镜2和第二偏振分光棱镜3，第二偏振分光棱镜3位于第一偏光棱镜1的下方，且两者相互贴合或平行构成一长方体，角锥棱镜2位于第一偏振分光棱镜1和第二偏振分光棱镜3的一侧；光路走向为入射光通过第一偏振分光棱镜1后，一部分直接进入第二偏振分光棱镜3，另一部分先进入角锥棱镜2，经过角锥棱镜2反射后进入第二偏振分光棱镜3，两部分形成出射光后从第二偏振分光棱镜3输出。
第一偏振分光棱镜1为入射光进入该偏振保持反射镜组后经过的第一个光学元件，其具有输入面4(即入射光输入面)、第一胶合面5、透射光输出面6和反射光输出面7，第一胶合面5与入射光光轴15的夹角为45度。
角锥棱镜2具有一个输入输出面8和三个反射面，其中，输入输出面8与第一偏振分光棱镜1的透射光输出面6平行或贴合并垂直于入射光光轴15，三个反射面的交点14位于整个偏振保持反射镜组的入射光和出射光组成的平面上，并且该交点14到入射光光轴15和出射光光轴16的距离相等。
第二偏振分光棱镜3具有一个第一反射光输入面9、第二反射光输入面10、第二胶合面11、第一输出面12(即出射光输出面)和第二输出面13，其中，第一输出面12为有效输出面，有效输出面输出的光即为出射光，其与入射光平行且方向相反，第二输出面13输出的则为无用光。
第二胶合面11与入射光光轴15的夹角为45度，并与第一偏振分光棱镜1的第一胶合面5垂直，第一输出面12与第一偏振分光棱镜1的输入面4平行或共面；第一反射光输入面9与第一偏振分光棱镜1的反射光输出面7平行或贴合；第二反射光输入面10与第一偏振分光棱镜1的透射光输出面6平行或共面；第二反射光输入面10与角锥棱镜2的输入输出面8平行或贴合。
本实施例的偏振保持反射镜组在使用时，正交线偏振(P，S)光，即入射光，沿箭头方向正入射至第一偏振分光棱镜1的输入面4，其经过第一胶合面5形成的第一透射光正入射至角锥棱镜2的输入输出面8，其经过第一胶合面5形成的第一反射光正入射至第二偏振棱镜3的第一反射光输入面9；第一透射光在角锥棱镜2内反射后形成从输入输出面8射出的第二反射光，其正入射第二偏振分光棱镜3的第二反射光输入面10，该第二反射光经过第二胶合面11后，一部分透射形成第二透射光，另一部分则被反射形成无用光；第一反射光正入射进第二偏振分光棱镜3后，一部分经过第二胶合面11反射形成第三反射光，另一部分则经第二胶合面11透射形成无用光；第二透射光和第三反射光一起形成从第二偏振分光棱镜3的第一输出面12射出的出射光，即有效出射光，有效出射光与入射光相互平行、方向相反且偏振一致。
若第一偏振分光棱镜1和第二偏振分光棱镜3的透射率和反射率一致，入射光的P光部分和S光部分经过偏振分光棱镜的透射率分别为TP和TS，反射率分别为RP和RS，入射光的P光部分和S光部分经过角锥棱镜3反射，转换效率分别为PP、SP和PS、SS，上述符号中，正常大小字母代表出射光偏振方向特性，下标字母则代表入射光偏振方向特性，这样，该偏振保持反射镜组的出射光P光部分消光比为：
Figure BDA0003236991550000041
S光部分消光比为：
Figure BDA0003236991550000042
本实施例提供的偏振保持反射镜组对相互正交偏振入射光的S光部分和P光部分分别传输再重合，由于偏振分光棱镜的透射光消光比一般优于1000：1，反射光消光比一般优于100：1，则出射光S光和P光的消光比一般可优于1000：1，因此可实现优于现有技术的保偏性能(现有技术一般通过镀银膜保偏，消光比为400:1)。另外，本实施例提供的偏振保持反射镜组由偏振分光棱镜和角锥棱镜等常用光学元件组成，结构简单，容易组装；且本实施例的偏振保持反射镜组不限制角锥棱镜3的三个反射面的朝向，组装时仅需控制角锥棱镜3的输入输出面8和三个反射面的交点14的位置而无需调整三个反射面的朝向，限制少，容易调。
若用于携带频率等不同信息的相互正交的线偏正光，在实现较好的保偏性能的同时，也可以避免入射光S光部分和P光部分的相互干扰，即避免了两个方向偏振光携带信息的混叠，该特性尤其对于双频激光干涉系统降低非线性误差、提升光学倍频等方面具有重要的应用意义。
如图2所示，本发明另一实施例提供一种用于任意偏振光的偏振保持反射镜组，其结构与上一实施例基本相同，只是增加了一个光强衰减器18，该光强衰减器18置于第一偏振分光棱镜1和第二偏振分光棱镜3之间，其光轴与第一偏振分光棱镜的反射光光轴17一致，用于调节经过第一偏振分光棱镜1反射并被第二偏振分光棱镜3反射的有效出射光光强，使得任意偏振光P光分量和S光分量两部分有效出射光光强具有相同的光强缩放比，从而实现保偏性能。
本实施例的偏振保持反射镜组的光路走向和光强衰减原理为本领域公知常识，此处不再赘述。
本实施例的偏振保持反射镜组可应用于激光器技术领域。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种偏振保持反射镜组，其特征在于，包括：
第一偏振分光棱镜，具有入射光输入面、第一胶合面、反射光输出面和透射光输出面；所述第一胶合面与入射光光轴的夹角为45度；
第二偏振分光棱镜，位于所述第一偏振分光棱镜的所述反射光输出面一侧，所述第二偏振分光棱镜具有第二胶合面和出射光输出面，所述第二胶合面与入射光光轴的夹角为45度且与所述第一胶合面垂直；
角锥棱镜，位于所述第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜的同一侧，并与所述透射光输出面相对，所述角锥棱镜具有三个反射面，所述三个反射面的交点位于入射光和出射光组成的平面上，且所述交点到入射光光轴和反射光光轴的距离相同；
其中，所述入射光输入面接收入射光，该入射光经过第二偏振分光棱镜和角锥棱镜后由出射光输出面射出。
2.根据权利要求1所述的偏振保持反射镜组，其特征在于，所述入射光输入面垂直于入射光光轴。
3.根据权利要求2所述的偏振保持反射镜组，其特征在于，所述出射光输出面与出射光光轴垂直。
4.根据权利要求3所述的偏振保持反射镜组，其特征在于，所述入射光与所述出射光光轴平行且方向相反。
5.根据权利要求4所述的偏振保持反射镜组，其特征在于，所述输入面与所述出射光输出面平行或共面。
6.根据权利要求1所述的偏振保持反射镜组，其特征在于，所述角锥棱镜具有输入输出面，所述输入输出面与所述透射光输出面平行或贴合。
7.根据权利要求1所述的偏振保持反射镜组，其特征在于，所述第二偏振分光棱镜具有第一反射光输入面，所述第一反射光输入面与所述反射光输出面平行或贴合。
8.根据权利要求5所述的偏振保持反射镜组，其特征在于，所述第二偏振分光棱镜具有第二反射光输入面，所述第二反射光输入面与所述透射光输出面平行或共面并与所述输入输出面平行或贴合。
9.根据权利要求1-8任一项所述的偏振保持反射镜组，其特征在于，还包括光强衰减器，位于所述第一偏振分光棱镜和所述第二偏振分光棱镜之间，所述光强衰减器的光轴与所述第一偏振分光棱镜的反射光光轴一致。
10.根据权利要求9所述的偏振保持反射镜组，其特征在于，所述角锥棱镜的出射光与所述第二偏振分光棱镜的反射光共路且在反射镜组传播路径上的光强缩放比一致。
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