CN114236664A - 一种红绿蓝三波长二分之一波片及该波片的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种红绿蓝三波长二分之一波片及该波片的制造方法，该二分之一波片包括一层用于通过红绿蓝光源的波长的二分之一波片本体、一设于所述二分之一波片本体外周沿上的光轴入射面、一设于所述二分之一波片本体内的光轴、至少一设于所述二分之一波片本体一侧上的第一通光面，在本发明中，通过将石英晶体加工成红绿蓝三色光都能获得二分之一波片效果的厚度，并且在石英晶体的表面镀上红绿蓝三色增透膜，增透膜用于减少表面反射损失，该二分之一波片为高功率低级波片，损伤阈值高，具有易于加工，成本非常低，适合批量化生产的特点。
Description
技术领域
本发明涉及激光领域，尤其是指一种红绿蓝三波长二分之一波片及该波片的制造方法。
背景技术
二分之一波片是偏振光路中经常使用的一种光学器件，在光路中线偏振光垂直入射到二分之一波片透射光仍然是线偏振光。假如入射时振动面和晶体光轴之间的夹角为θ，则透射出来的线偏振光的振动面从原来的方位角转过2θ角。例如当θ=45°时，则利用二分之一波片可使得偏振光旋转90°偏振角度。因此，二分之一波片广泛运用于激光系统的偏振合束器件中。在激光系统中，尤其是在红绿蓝三波长的组合激光系统中，要求高透过率，高相位延迟精度，高损伤阈值的二分之一波片，目前采用较多的是石英晶体与氟化镁晶体组合而成的消色差波片或者中心波长为绿光的零级二分之一波片。
采用中心波长为绿光的零级二分之一波片，结构为：由两片光轴正交的石英晶体波片光胶或胶合配对而成，其波片厚度差刚好为真零级波片厚度，此种波片虽然可以保证绿光的效果，但是在红光和蓝光处的相位延迟比较差。
现有红绿蓝三波长消色差二分之一波片，结构为：由一片石英晶体波片和氟化镁晶体波片，加工到配对厚度，然后进行光胶配对或者装空气系金属支架配对，要求配对的两种不同材料的波片光轴成90°正交，才能达到理想效果，因此配对加工非常繁琐。另一方面这种加工工艺对配对波片的厚度控制要求非常严格，由于氟化镁晶体材料的硬度比石英要软，控制抛光厚度非常困难，给加工带来很大困扰。同时氟化镁晶体材料的价格本身非常昂贵，批量化生产成本非常高。
发明内容
本发明提供一种红绿蓝三波长二分之一波片及该波片的制造方法，其主要目的在于克服现有使用石英晶体和氟化镁晶体组合作为二分之一波片本体，氟化镁晶体材料的价格本身非常昂贵且氟化镁不易抛光的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种红绿蓝三波长二分之一波片，包括一层用于通过红绿蓝光源的波长的二分之一波片本体、至少一设于所述二分之一波片本体一侧上的第一通光面，所述第一通光面包括至少一设于所述二分之一波片本体一侧的第一抛光面以及复数层设于所述第一抛光面远离所述二分之一波片本体一侧上的第一增透膜，所述光轴的一端设于所述光轴入射面上，所述光轴的另一端延伸至所述二分之一波片本体内，所述光轴与所述第一抛光面相平行，通过设置所述二分之一波片本体为石英晶体材料制成，降低加工难度、减少二分之一波片本体的造价成本、提高加工效率，适用于批量化生产，第一抛光面上设置用于通过红绿蓝光源的波长的第一增透膜，减少红绿蓝光源在二分之一波片本体表面的反射损失，提高二分之一波片的损伤阀值，延长二分之一波片的使用寿命。
进一步的，还包括至少一设于所述二分之一波片本体另一侧上的第二通光面，所述第二通光面包括至少一设于所述二分之一波片本体另一侧上的第二抛光面、复数层设于所述第二抛光面上远离所述二分之一波片本体一侧的第二增透膜，所述第二增透膜相对所述第一增透膜设置，所述光轴与所述第二抛光面相平行，所述第二增透膜用于通过红绿蓝光源的波长。
进一步的，所述第一增透膜镀设在所述第一抛光面上，所述第一增透膜用于抗激光损伤。
进一步的，所述光轴与所述第一通光面之间的夹角为X，所述X的角度为45°。
进一步的，所述第二增透膜镀设在所述第二抛光面上，所述第二增透膜用于抗激光损伤。
进一步的，所述光轴与所述第二通光面之间的夹角为Y，所述Y的角度为45°。
一种红绿蓝三波长二分之一波片的制造方法，该制造方法，包括如下步骤：
步骤S001，将石英晶体切割成厚度为0.3186mm的二分之一波片本体，二分之一波片本体的加工厚度公差为±0.0002mm；
步骤S002，将石英晶体的左右两侧面进行抛光，使得石英晶体的一侧面形成第一抛光面，使得石英晶体的另一侧面形成第二抛光面；
步骤S003，将石英晶体的外周沿侧面进行平整形成光轴入射面；
步骤S004，在第一抛光面上镀上复数层第一增透膜。
进一步的，该制造方法还包括步骤S005，在第二抛光面上镀上复数层第二增透膜。
进一步的，所述第一增透膜为氟化镁材料制成。
进一步的，所述第二增透膜为氟化镁材料制成。
和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于:
1、本发明结构简单、实用性强，通过设置一层的二分之一波片本体和第一增透膜，一方面仅设置一层二分之一波片本体为石英晶体材料制成，降低加工难度、减少二分之一波片本体的造价成本、提高加工效率，适用于批量化生产，另一方面在第一抛光面上设置用于通过红绿蓝光源的波长的第一增透膜，从而减少红绿蓝光源在二分之一波片本体表面的反射损失，提高二分之一波片的损伤阀值，延长二分之一波片的使用寿命，起到了一举两得的功效。
2、在本发明中，通过在第二抛光面上设置第二增透膜，从而减少红绿蓝光源在二分之一波片本体表面的反射损失，提高二分之一波片的损伤阀值，延长二分之一波片的使用寿命。
3、在本发明中，通过设置二分之一波片本体的厚度为0.3184mm～0.3188mm提高波片的透过率。
4、在本发明中，通过设置二分之一波片使用石英晶体材料制成，相比于氟化镁材料，石英晶体材料硬度更高易抛光加工形成通光面，一方面降低了二分之一波片的材料成本，降低了加工难度，降低了加工成本，另一方面提高了加工效率，便于批量化加工生产，起到了一举两得的功效。
5、在本发明中，通过设置第一增透膜用于抗激光损伤，提高二分之一波片的使用寿命。
6、在本发明中，通过设置第二增透膜用于抗激光损伤，提高二分之一波片的使用寿命。
7、在本发明中，第一增透膜采用氟化镁材料制成，一方面实现氟化镁材料与石英晶体材料的组合，且无需对氟化镁晶体材料进行抛光，降低加工难度，减小了氟化镁材料的用量，从而起到了降低二分之一波片的成本的效果，且减少二分之一波片本体表面的反射损失，另一方面入射光在氟化镁的增透膜的上、下界面反射具有相同的位相变化不对入射光进行影响，起到了一举两得的功效。
附图说明
图1为二分之一波片的相位延迟曲线。
图2为实施例一的结构示意图。
图3为实施例二中二分之一波片通过一束波长为633nm的线偏光的结构示意图。
图4为实施例二中二分之一波片通过一束波长为461nm的线偏光的结构示意图。
图5为实施例二中二分之一波片通过一束波长为532nm的线偏光的结构示意图。
图6为制造方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。
实施例一，参照图1和图2，一种红绿蓝三波长二分之一波片，包括一层用于使得红绿蓝光源20的波长通过的二分之一波片本体11、一设于二分之一波片本体11外周沿上的光轴入射面18、一设于所述二分之一波片本体11内的光轴19、至少一设于二分之一波片本体11一侧上的第一通光面13，第一通光面13包括至少一设于二分之一波片本体11一侧的第一抛光面16以及复数层设于第一抛光面16远离二分之一波片本体11一侧上的第一增透膜17，红绿蓝光源20从光轴入射面18经光轴19射入二分之一波片本体11内，红绿蓝光源20从第一增透膜17射出。
参照图1和图2，第一增透膜17用于通过红绿蓝光源20的波长，光轴19的一端设于光轴入射面18上，光轴19的另一端延伸至二分之一波片本体11内，光轴19与第一抛光面16相平行。
参照图1和图2，二分之一波片本体11即可用于633nm波长的红光也可用于532nm波长的绿光或者461nm波长的蓝光。都能满足二分之一波片的效果。此种单片结构的二分之一波片具有较高的损伤阈值。
参照图1和图2，光轴19与第一通光面13之间的夹角为X，其中0°<X<360°，X的角度优选为45°。
参照图1和图2，二分之一波片本体11的外形可以是圆形，也可以是长方形或正方形。
参照图1和图2，二分之一波片本体11的厚度为0.3184mm～0.3188mm，在本实施例中具体的二分之一波片本体11的加工厚度为0.3186mm,加工厚度公差为±0.0002mm。
参照图1和图2，通过设置二分之一波片本体11的厚度为0.3184mm～0.3188mm提高波片的透过率。
参照图1和图2，二分之一波片本体11为石英晶体材料制成,即石英晶体材料加工厚度为0.3186mm,加工厚度公差为±0.0002mm，石英晶体的光轴分别与第一抛光面和第二抛光面14相平行。
参照图1和图2，通过设置二分之一波片使用石英晶体材料制成，相比于氟化镁材料，石英晶体材料硬度更高易抛光加工形成通光面，一方面降低了二分之一波片的材料成本，降低了加工难度，降低了加工成本，另一方面提高了加工效率，便于批量化加工生产，起到了一举两得的功效。
参照图1和图2，第一增透膜17镀设在第一抛光面16上，第一增透膜17用于抗激光损伤。
参照图1和图2，通过设置第一增透膜17用于抗激光损伤，提高二分之一波片的使用寿命。
参照图1和图2，选取正方形光学石英晶体原材料，光轴19为对角线，光轴19方向平行于第一通光面13，同时控制光轴19与方形边缘成45°角。
参照图1和图2，光路为：入射光线为红绿蓝波长的线偏光，且电矢量振动与二分之一波片的光轴19成45°角，出射光的偏振态相对于入射光旋转了90°。
参照图1和图2，例如：一束波长为532nm的线偏振光，当它垂直经过本波片后，出射光的偏振方向变成水平方向。
参照图1和图2，通过设置一层的二分之一波片和第一增透膜17，一方面仅设置一层二分之一波片本体11为石英晶体材料制成，，降低加工难度、减少二分之一波片本体11的造价成本、提高加工效率，适用于批量化生产，另一方面在第一抛光面16上设置用于通过红绿蓝光源20的波长的第一增透膜17，从而减少红绿蓝光源20在二分之一波片本体11表面的反射损失，提高二分之一波片的损伤阀值，延长二分之一波片的使用寿命，起到了一举两得的功效。
增透膜是指在光学元件表面镀上的透明介质薄膜，以减少元件表面的反射损失，用于增透膜的材料有氟化镁、氧化钛、硫化铅、硒化铅以及陶瓷红外光红外增透膜。
实施例二，参照图1和图3，一种红绿蓝三波长二分之一波片，包括一层用于使得红绿蓝光源的波长通过的二分之一波片本体11、一设于二分之一波片本体11外周沿上的光轴入射面18、一光轴19、至少一设于二分之一波片本体11一侧上的第一通光面13以及至少一设于二分之一波片本体11另一侧上的第二通光面12。
参照图1和图3，第一通光面13包括至少一设于二分之一波片本体11一侧的第一抛光面16以及复数层设于第一抛光面16远离二分之一波片本体11一侧上的第一增透膜17，第一增透膜17用于通过红绿蓝光源的波长，红绿蓝光源从光轴入射面18经光轴19射入二分之一波片本体11内，红绿蓝光源20从第一增透膜17射出。
参照图1和图3，第二通光面12包括至少一设于二分之一波片本体11另一侧上的第二抛光面14、复数层设于第二抛光面14上远离二分之一波片本体11一侧的第二增透膜15，第二增透膜15用于通过红绿蓝光源的波长。
参照图1和图3，光轴19的一端设于光轴入射面18上，光轴19的另一端延伸至二分之一波片本体11内。
参照图1和图3，光轴19与第一抛光面16相平行，第二增透膜15相对第一增透膜17设置，使得光轴19与第二抛光面14相平行。
参照图1和图3，二分之一波片本体11外形尺寸可以是圆形，也可以是长方形或正方形。
参照图1和图3，二分之一波片本体11的厚度为0.3184mm～0.3188mm。在本实施例中具体的二分之一波片本体11加工厚度为0.3186mm,加工厚度公差为±0.0002mm。
参照图1和图3，通过设置二分之一波片本体11的厚度为0.3184mm～0.3188mm提高波片的透过率。
参照图1和图3，二分之一波片本体11为石英晶体材料制成，即石英晶体材料加工厚度为0.3186mm,加工厚度公差为±0.0002mm，石英晶体的光轴分别与第一抛光面和第二抛光面14相平行，二分之一波片本体11即可用于633nm波长的红光也可用于532nm波长的绿光或者461nm波长的蓝光，都能满足二分之一波片的效果，波片是由石英晶体加工而成的单片低级石英波片，此种单片结构的波片具有较高的损伤阈值。
参照图1和图3，通过设置二分之一波片使用石英晶体材料制成，相比于氟化镁材料，石英晶体材料硬度更高易抛光加工形成通光面，一方面降低了二分之一波片的材料成本，降低了加工难度，降低了加工成本，另一方面提高了加工效率，便于批量化加工生产，起到了一举两得的功效。
参照图1和图3，光轴19与第一通光面13之间的夹角为X，其中0°<X<360°，X的角度优选为45°。
参照图1和图3，光轴19与第二通光面12之间的夹角为Y，其中0°<Y<360°，Y的角度优选为45°。
参照图1和图3，第一增透膜17镀设在第一抛光面16上，第一增透膜17用于抗激光损伤，通过设置第一增透膜17用于抗激光损伤，提高二分之一波片的使用寿命。
参照图1和图3，第二增透膜15镀设在第二抛光面14上，第二增透膜15用于抗激光损伤，通过设置第二增透膜15用于抗激光损伤，提高二分之一波片的使用寿命。
参照图1和图3，增透膜是指在光学元件表面镀上的透明介质薄膜，以减少元件表面的反射损失。
参照图1和图3，光路设计原理为：根据波片的光程差计算公式（No-Ne）D=±（2k+1）λ/2（k=0，1，2......）。其中No和Ne为波片中O光和E光的折射率，D为波片的加工厚度，λ为红绿蓝三种光源的波长，K为自然数,需设计一厚度D使得等式两边成立。并且同时满足红绿蓝三种光源对二分一波片的使用需求。
参照图1和图3，在本实施例中具体的选取正方形光学石英晶体为二分之一波片本体11的原材料，光轴19为对角线，光轴19方向分别平行于第一抛光面16和第二抛光面14，将石英晶体厚度加工到0.3186mm±0.0002mm的尺寸范围，并且在二分之一波片本体11一侧表面镀上第一增透膜17，二分之一波片本体11的另一侧表面镀上第二增透膜15，以减少表面反射损失。
参照图1和图3，为保证较高相位延迟精度，第一抛光面16和第二抛光面14的平行度需保证小于3秒，同时控制光轴19与方形边缘成45°角。
参照图1和图3，光路为：入射光线为红绿蓝波长的线偏光，且电矢量振动与二分之一波片本体11的光轴19成45°角，出射光的偏振态相对于入射光旋转了90°。
参照图1和图3，参照图3例如：一束波长为633nm的线偏振光21，当它垂直经过本波片后，出射光的偏振方向变成水平方向。
参照图1和图4，例如：一束波长为461nm的线偏振光22，当它垂直经过本波片后，出射光的偏振方向变成水平方向。
参照图1和图5，例如：一束波长为532nm的线偏振光23，当它垂直经过本波片后，出射光的偏振方向变成水平方向。
参照图1和图3，通过设置一层的二分之一波片和第一增透膜17，一方面仅设置一层二分之一波片本体11为石英晶体材料制成，降低加工难度、减少二分之一波片本体11的造价成本、提高加工效率，适用于批量化生产，另一方面在第一抛光面16上设置用于通过红绿蓝光源的波长的第一增透膜17，从而减少红绿蓝光源在二分之一波片本体11表面的反射损失，提高二分之一波片的损伤阀值，延长二分之一波片的使用寿命，起到了一举两得的功效。
参照图1和图3，通过在第二抛光面14上设置第二增透膜15，从而减少红绿蓝光源在二分之一波片本体11表面的反射损失，提高二分之一波片的损伤阀值，延长二分之一波片的使用寿命。
增透膜是指在光学元件表面镀上的透明介质薄膜，以减少元件表面的反射损失，用于增透膜的材料有氟化镁、氧化钛、硫化铅、硒化铅以及陶瓷红外光红外增透膜。
参照图6，该二分之一波片的制造方法，步骤如下：
参照图6，步骤S001，将石英晶体切割成厚度为0.3186mm的二分之一波片本体11，二分之一波片本体11的加工厚度公差为±0.0002mm，将石英晶体的外形切割为圆形或长方形或正方形；
参照图6，步骤S002，将石英晶体的左右两侧面进行抛光，使得石英晶体的一侧面形成第一抛光面16，使得石英晶体的另一侧面形成第二抛光面14；
参照图6，步骤S003，将石英晶体的外周沿侧面进行平整形成光轴入射面18，石英晶体的外周沿侧面为上侧面、下侧面、前侧面以及后侧面；
参照图6，步骤S004,在第一抛光面16上镀上复数层第一增透膜17；
参照图6，步骤S005，在第二抛光面14上镀上复数层第二增透膜15；
参照图3和图6，第一增透膜17和第二增透膜15均为氟化镁材料制成。
参照图3和图6，第一增透膜17采用氟化镁材料制成，一方面实现氟化镁材料与石英晶体材料的组合，且无需对氟化镁晶体材料进行抛光，降低加工难度，减小了氟化镁材料的用量，从而起到了降低二分之一波片的成本的效果，且减少二分之一波片本体表面的反射损失，另一方面入射光在氟化镁的增透膜的上、下界面反射具有相同的位相变化不对入射光进行影响，起到了一举两得的功效。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (10)
1.一种红绿蓝三波长二分之一波片，其特征在于：包括一层用于通过红绿蓝光源的波长的二分之一波片本体、至少一设于所述二分之一波片本体一侧上的第一通光面，所述第一通光面包括至少一设于所述二分之一波片本体一侧的第一抛光面以及复数层设于所述第一抛光面远离所述二分之一波片本体一侧上的第一增透膜，所述光轴的一端设于所述光轴入射面上，所述光轴的另一端延伸至所述二分之一波片本体内，所述光轴与所述第一抛光面相平行，通过设置所述二分之一波片本体为石英晶体材料制成，降低加工难度、减少二分之一波片本体的造价成本、提高加工效率，适用于批量化生产，第一抛光面上设置用于通过红绿蓝光源的波长的第一增透膜，减少红绿蓝光源在二分之一波片本体表面的反射损失，提高二分之一波片的损伤阀值，延长二分之一波片的使用寿命。
2.如权利要求1所述一种红绿蓝三波长二分之一波片，其特征在于：还包括至少一设于所述二分之一波片本体另一侧上的第二通光面，所述第二通光面包括至少一设于所述二分之一波片本体另一侧上的第二抛光面、复数层设于所述第二抛光面上远离所述二分之一波片本体一侧的第二增透膜，所述第二增透膜相对所述第一增透膜设置，所述光轴与所述第二抛光面相平行，所述第二增透膜用于通过红绿蓝光源的波长。
3.如权利要求1所述一种红绿蓝三波长二分之一波片，其特征在于：所述第一增透膜镀设在所述第一抛光面上，所述第一增透膜用于抗激光损伤。
4.如权利要求1所述一种红绿蓝三波长二分之一波片，其特征在于：所述光轴与所述第一通光面之间的夹角为X，所述X的角度为45°。
5.如权利要求2所述一种红绿蓝三波长二分之一波片，其特征在于：所述第二增透膜镀设在所述第二抛光面上，所述第二增透膜用于抗激光损伤。
6.如权利要求2所述一种红绿蓝三波长二分之一波片，其特征在于：所述光轴与所述第二通光面之间的夹角为Y，所述Y的角度为45°。
7.一种红绿蓝三波长二分之一波片的制造方法，其特征在于：该制造方法，包括如下步骤：
步骤S001，将石英晶体切割成厚度为0.3186mm的二分之一波片本体，二分之一波片本体的加工厚度公差为±0.0002mm；
步骤S002，将石英晶体的左右两侧面进行抛光，使得石英晶体的一侧面形成第一抛光面，使得石英晶体的另一侧面形成第二抛光面；
步骤S003，将石英晶体的外周沿侧面进行平整形成光轴入射面；
步骤S004，在第一抛光面上镀上复数层第一增透膜。
8.如权利要求7所述一种红绿蓝三波长二分之一波片的制造方法，其特征在于：该制造方法还包括步骤S005，在第二抛光面上镀上复数层第二增透膜。
9.如权利要求7所述一种红绿蓝三波长二分之一波片的制造方法，其特征在于：所述第一增透膜为氟化镁材料制成。
10.如权利要求8所述一种红绿蓝三波长二分之一波片的制造方法，其特征在于：所述第二增透膜为氟化镁材料制成。
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