CN115903250A - 石英晶体旋光与双折射偏振无关复色光退偏器 - Google Patents
石英晶体旋光与双折射偏振无关复色光退偏器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115903250A CN115903250A CN202111117320.1A CN202111117320A CN115903250A CN 115903250 A CN115903250 A CN 115903250A CN 202111117320 A CN202111117320 A CN 202111117320A CN 115903250 A CN115903250 A CN 115903250A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- quartz crystal
- optical
- crystal
- depolarizer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 86
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 69
- 239000010453 quartz Substances 0.000 title claims abstract description 53
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 53
- 230000010287 polarization Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims 2
- 230000028161 membrane depolarization Effects 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 1
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 1
- 230000002999 depolarising effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000001093 holography Methods 0.000 description 1
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Polarising Elements (AREA)
Abstract
一种石英晶体旋光与双折射偏振无关复色光退偏器，本发明属于偏振光学与信息光学交叉技术领域。其特征是它使用光学石英晶体制作而成，左、右边是两个通光面形状相同而厚度不同的平行平晶，左端平行平晶的晶体光轴垂直于通光端面，右端平行平晶的晶体光轴在通光端面内；左、右两部分的通光面均为经光学抛光的光学面；两部分光胶或用与石英晶体的折射率相近光学胶胶合成一个整体，光由左端入射右端出射。
Description
技术领域
本发明属于偏振光学与信息光学交叉技术领域，涉及一种石英晶体旋光与双折射偏振无关复色光退偏器及设计方法。
背景技术
在现代光学精密测量中，往往由于光的偏振特性与光探测器具有的偏振灵敏性而产生显著的测量误差，消除这种影响非常有效的方法是在探测器前面使用退偏器。退偏器还广泛地应用于天文学仪器、激光全息、计量仪器以及农业育种等某些科学研究中。
按实现方式，退偏器可以分为漫反射型、散射型、旋光型、双折射型；按光源频率，可分为复色光退偏器、单色光退偏器和准单色光退偏器；按退偏器工作原理，可以分为时域、频域及空域退偏三大类。时域退偏是让光的偏振态随时间产生足够快的周期变化以致检测的平均效果为退偏；频域退偏是不同频率的偏振光经退偏器后转化为大量不同偏振态的集合，其总体的平均效果达到退偏；空域退偏是指从退偏器透射光的偏振态随空间位置连续周期变化，其对空间的平均效果为退偏。
双折射型与旋光型退偏器属于频域与空域退偏的范畴，其中针对复色光的设计属于频域退偏器 。单元结构的双折射型复色光退偏器是一个晶体光轴在通光面上的平行平镜，其退偏效果是与入射线偏振光的振动方向密切相关，若要获得好的退偏效果，则必须校正入射线偏振光的振动方向与退偏器的晶体光轴成45度，因此称其为是与偏振相关退偏器，这对于退偏器的使用极为不便。两元结构双折射复色光退偏器的设计使得两个平行平镜的晶体光轴互成45度，其中一个的厚度是另一个的倍数，在使用中不需校正入射线偏振光的振动方向，因此称其为偏振无关型退偏器。但是，两个平行平镜的晶体光轴互成45度的精度对器件的退偏性能是有影响的。虽然旋光型复色光退偏器是与入射线偏振光的振动方向无关的，但是受到晶体旋光色散非线性的影响，器件的退偏性能不如双折射型更为优越。
光学石英晶体人工生长技术已经非常成熟，价格较低，且大尺寸的晶体不断创新，这为制作大口径、低成本的偏振无关复色光退偏器提供了可能。
发明内容
本发明提供了一种石英晶体旋光与双折射偏振无关复色光退偏器，它是利用光学级石英晶体设计、制作而成。光由产生旋光的一端入射，起到与入射偏振光的振动方向无关的作用，光由产生双折射的一端出射，起到退偏的作用。
一种石英晶体旋光与双折射偏振无关复色光退偏器如图1所示，其特征是它使用光学石英晶体制作而成，左、右边是两个通光面形状相同而厚度不同的平行平晶，通光面可以设计成圆形、正方形或者长方形；左端平行平晶的晶体光轴垂直于通光端面，右端平行平晶的晶体光轴在通光端面内；左、右两部分的通光面均为经光学抛光的光学面；两部分光胶或用与石英晶体的折射率相近光学胶胶合成一个整体，光由左端入射右端出射。
石英晶体旋光与双折射偏振无关复色光退偏器，左、右两部分厚度的确定方法如下：
（1）确定设计针对的复色光光谱范围Δλ=λ2~λ1，λ1表示这一光谱范围的最短
波长，λ2表示最长波长；
（2）入射端的厚度hx由下式给出：
hx=nπ/2（α1-α2） n取自然数1，2，3，…… (1)
式中α1、α2是设计针对的复色光最短波长、最长波长对应的石英晶体的旋光系数。石英晶体的旋光系数是波长的函数，由下式给出：
α(λ)=9.5639/(λ2-0.0127493) -2.3113/(λ2-0.000974) -0.1905 (2)
式中波长λ的单位为μm；
（3）出射端的厚度hy由下式给出：
hy=nλ1λ2/2[(ne1-no1)λ2-(ne2-no2)λ1] n取自然数1，2，3，…… (3)
式中ne1、no1是最短波长λ1处石英晶体中e、o光波的主折射率，ne2、no2是最长波长λ2处石英晶体中e、o光波的主折射率；它们是波长λ的函数，λ的单位为μm。石英晶体的分波段色散方程为：
0.185~0.390μm
ne(λ)=2.38621+0.010865/(λ2-0.0111134)-0.0181138λ2
no(λ)=2.25494+0.0207378/(λ2+0.0088046)+0.305607λ2 （4）
0.390~2.300μm
ne(λ)=2.382961057+0.011626948/(λ2-0.004043484)-0.011344777λ2
no(λ)=2.356851064+0.010727542/(λ2-0.009835836)-0.011416499λ2 （5）
本发明的有益效果是：入射端晶体光轴垂直于入射端面，入射的复色偏振光主振动方向依其频率的变化而产生连续旋转，在该退偏器中起到与入射偏振光的振动方向无关的作用；出射端平行平晶的晶体光轴在入射端面内，入射的复色偏振光依其频率的变化而产生相位延迟量的连续变化，起到测量上的退偏作用。
本发明采用光胶可适用于深紫外光谱区。
附图说明
图1为石英晶体旋光与双折射偏振无关复色光退偏器结构的立体图，图2为石英晶体旋光与双折射偏振无关复色光退偏器结构的截面图，图中双箭头表示晶体的光轴方向。
为了更加清楚的说明石英晶体旋光与双折射偏振无关复色光退偏器的设计方法与过程，下面给出几个设计实例。
实施例1
如图1所示，一种石英晶体旋光与双折射偏振无关复色光退偏器，其特征是它使用光学石英晶体制作而成，左、右边是两个通光面形状相同而厚度不同的平行平晶，通光面可以设计成圆形、正方形或者长方形；左端平行平晶的晶体光轴垂直于通光端面，右端平行平晶的晶体光轴在通光端面内；左、右两部分的通光面均为经光学抛光的光学面；两部分光胶或用与石英晶体的折射率相近光学胶胶合成一个整体，光由左端入射右端出射。
石英晶体旋光与双折射偏振无关复色光退偏器，左、右两部分厚度的确定方法如下：
（1）确定设计针对的复色光光谱范围Δλ=λ2~λ1，λ1表示这一光谱范围的最短
波长，λ2表示最长波长；
（2）入射端的厚度hx由下式给出：
hx=nπ/2（α1-α2） n取自然数1，2，3，…… (1)
式中α1、α2是设计针对的复色光最短波长、最长波长对应的石英晶体的旋光系数。石英晶体的旋光系数是波长的函数，由下式给出：
α(λ)=9.5639/(λ2-0.0127493) -2.3113/(λ2-0.000974) -0.1905 (2)
式中波长λ的单位为μm；
（3）出射端的厚度hy由下式给出：
hy=nλ1λ2/2[(ne1-no1)λ2-(ne2-no2)λ1] n取自然数1，2，3，…… (3)
式中ne1、no1是最短波长λ1处石英晶体中e、o光波的主折射率，ne2、no2是最长波长λ2处石英晶体中e、o光波的主折射率；它们是波长λ的函数，λ的单位为μm。石英晶体的分波段色散方程为：
0.185~0.390μm
ne(λ)=2.38621+0.010865/(λ2-0.0111134)-0.0181138λ2
no(λ)=2.25494+0.0207378/(λ2+0.0088046)+0.305607λ2 （4）
0.390~2.300μm
ne(λ)=2.382961057+0.011626948/(λ2-0.004043484)-0.011344777λ2
no(λ)=2.356851064+0.010727542/(λ2-0.009835836)-0.011416499λ2 （5）
设计针对的复色光光谱带宽Δλ=0.1μm，最短波长λ1=0.2μm，最长波长
λ2=0.3μm，两平行平晶采用光胶胶合成一个整体，左、右两部分具体厚度的确定如下：
1）由（2）式计算得到最短波长λ1=0.2μm与最长波长λ2=0.3μm石英晶体的旋
光系数为：α1=291.545°/mm， α2=97.651°/mm，将此代入（1）式得到的n=1，2，3，4，5，6时对应的入射端的厚度hx如下表所示：
| n | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| <![CDATA[h<sub>x</sub>(mm)]]> | 0.464 | 0.928 | 1.392 | 1.856 | 2.320 | 2.785 |
实际制作中可以根据通光面的大小从上表中选取合适的加工厚度。
2）由（4）式计算得到最短波长λ1=0.2μm与最长波长λ2=0.3μm石英晶体e、o光波的主折射率ne1=1.66181，no1=1.64076，ne2=1.58818，no2=1.57871，将此代入（3）式得到的n=1，2，3，4时对应的出射端的厚度hy如下表所示：
| n | 1 | 2 | 3 | 4 |
| <![CDATA[h<sub>y</sub>(mm)]]> | 6.786 | 13.572 | 20.358 | 27.144 |
建议取hy=6.786mm。
实施例2
本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于设计针对的复色光光
谱带宽Δλ=0.2μm，最短波长λ1=0.2μm，最长波长λ2=0.4μm，左、右两部分具体厚度的确定如下：
1）由（2）式计算得到最短波长λ1=0.2μm与最长波长λ2=0.4μm石英晶体的旋
光系数为：α1=291.545°/mm， α2=50.225°/mm，将此代入（1）式得到的n=1，2，3，4，5，6时对应的入射端的厚度hx如下表所示：
| n | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| <![CDATA[h<sub>x</sub>(mm)]]> | 0.373 | 0.746 | 1.119 | 1.492 | 1.865 | 2.238 |
实际制作中可以根据通光面的大小从上表中选取合适的加工厚度。
2）由（4）和（5）式分别计算得到最短波长λ1=0.2μm与最长波长λ2=0.4μm石英晶体e、o光波的主折射率ne1=1.66181，no1=1.64076，ne2=1.56707，no2=1.55771，将此代入（3）式得到的n=1，2，3，4时对应的出射端的厚度hy如下表所示：
| n | 1 | 2 | 3 | 4 |
| <![CDATA[h<sub>y</sub>(mm)]]> | 6.109 | 12.217 | 18.326 | 24.435 |
建议取hy=6.109mm或hy=12.217mm。
实施例3
本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于设计针对的复色光光
谱带宽Δλ=0.36μm，最短波长λ1=0.4μm，最长波长λ2=0.76μm，两平行平晶采用光胶或者使用折射率与石英晶体接近光学胶胶合成一个整体左、右两部分具体厚度的确定如下：
1）由（2）式计算得最短波长λ1=0.4μm与最长波长λ2=0.76μm石英晶体的旋
光系数为：α1=50.225°/mm， α2=12.733°/mm，将此代入（1）式得到的n=1，2，3，4时对应的入射端的厚度hx如下表所示：
| n | 1 | 2 | 3 | 4 |
| <![CDATA[h<sub>x</sub>(mm)]]> | 2.401 | 4.802 | 7.203 | 9.604 |
实际制作中可以根据通光面的大小从上表中选取合适的加工厚度。
2）由（5）式计算得最短波长λ1=0.40μm与最长波长λ2=0.76μm石英晶体e、o光波的主折射率ne1=1.56707，no1=1.55771，ne2=1.54812，no2=1.53920，将此代入（3）式得到的n=1时对应的出射端的厚度hy=42.870mm。
实施例4
本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于设计针对的复色光光
谱带宽Δλ=0.5μm，最短波长λ1=0.70μm，最长波长λ2=1.20μm，两平行平晶采用光胶或者使用折射率与石英晶体接近光学胶胶合成一个整体左、右两部分具体厚度的确定如下：
1）由（2）式计算得最短波长λ1=0.70μm与最长波长λ2=1.20μm石英晶体的旋光系数为：α1=18.719°/mm， α2=3.184°/mm，将此代入（1）式得到的n=1，2，3，4时对应的入射端的厚度hx如下表所示：
| n | 1 | 2 | 3 | 4 |
| <![CDATA[h<sub>x</sub>(mm)]]> | 5.793 | 11.587 | 17.380 | 23.173 |
建议取hx=5.793mm或者取hx=11.587。
2）由（5）式计算得最短波长λ1=0.70μm与最长波长λ2=1.20μm石英晶体e、o光波的主折射率ne1=1.56707，no1=1.55771，ne2=1.54812，no2=1.53920，将此代入（3）式得到的n=1时对应的出射端的厚度hy=90.129mm。
Claims (3)
1.一种石英晶体旋光与双折射偏振无关复色光退偏器，其特征是它使用光学石英晶体制作而成，左、右边是两个通光面形状相同而厚度不同的平行平晶，通光面可以设计成圆形、正方形或者长方形；左端平行平晶的晶体光轴垂直于通光端面，右端平行平晶的晶体光轴在通光端面内；左、右两部分的通光面均为经光学抛光的光学面；两部分光胶或用与石英晶体的折射率相近光学胶胶合成一个整体，光由左端入射右端出射。
2.根据权利要求1所述的一种石英晶体旋光与双折射偏振无关复色光退偏器，其特征是左、右两部分厚度的确定方法如下：
确定设计针对的复色光光谱范围Δλ=λ2~λ1，λ1表示这一光谱范围的最短波长，λ2表示最长波长；
左部分石英晶体的厚度hx由下式给出：
hx=nπ/2（α1-α2） n取自然数1，2，3，∙∙∙∙∙∙
式中α1、α2是设计针对的复色光最短波长、最长波长对应的石英晶体的旋光系数，石英晶体的旋光系数是波长的函数；
右部分石英晶体的厚度hy由下式给出：
hy=nλ1λ2/2[(ne1-no1)λ2-(ne2-no2)λ1] n取自然数1，2，3，∙∙∙∙∙∙
式中ne1、no1是最短波长λ1处石英晶体中e、o光波的主折射率，ne2、no2是最长波长λ2处石英晶体中e、o光波的主折射率。
3.根据权利要求1所述的一种石英晶体旋光与双折射偏振无关复色光退偏器，其特征是设计适用于同样具有旋光性和双折射性的其它晶体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111117320.1A CN115903250B (zh) | 2021-09-23 | 2021-09-23 | 石英晶体旋光与双折射偏振无关复色光退偏器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111117320.1A CN115903250B (zh) | 2021-09-23 | 2021-09-23 | 石英晶体旋光与双折射偏振无关复色光退偏器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115903250A true CN115903250A (zh) | 2023-04-04 |
| CN115903250B CN115903250B (zh) | 2024-04-19 |
Family
ID=86469765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111117320.1A Active CN115903250B (zh) | 2021-09-23 | 2021-09-23 | 石英晶体旋光与双折射偏振无关复色光退偏器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115903250B (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05196811A (ja) * | 1992-01-17 | 1993-08-06 | Ando Electric Co Ltd | 偏光解消板 |
| JPH07181321A (ja) * | 1993-12-22 | 1995-07-21 | Shimadzu Corp | 偏光解消子 |
| US20020126277A1 (en) * | 2000-08-18 | 2002-09-12 | Norton Adam E. | Small-spot spectrometry instrument with reduced polarization and multiple-element depolarizer therefor |
| CN2530368Y (zh) * | 2001-12-26 | 2003-01-08 | 武汉邮电科学研究院 | 一种光的偏振合波与消偏的混合器件 |
| JP2004029653A (ja) * | 2002-06-28 | 2004-01-29 | Kinseki Ltd | 光学ローパスフィルター及び偏光解消板 |
| CN1856732A (zh) * | 2003-09-23 | 2006-11-01 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 透反射式lcd中的光循环利用 |
| CN101650479A (zh) * | 2009-09-27 | 2010-02-17 | 济南大学 | 一种用法布里－珀罗腔的偏振光退偏器 |
| CN102985870A (zh) * | 2011-09-22 | 2013-03-20 | 刘平 | 退偏器 |
| CN203365811U (zh) * | 2013-07-15 | 2013-12-25 | 武汉优光科技有限责任公司 | 双楔角型退偏器 |
| CN105158837A (zh) * | 2015-10-28 | 2015-12-16 | 曲阜师范大学 | 偏振度连续可调的单色光起偏器 |
| CN213302563U (zh) * | 2020-09-11 | 2021-05-28 | 天津德力仪器设备有限公司 | 对入射光偏振态不敏感的单色退偏器 |
-
2021
- 2021-09-23 CN CN202111117320.1A patent/CN115903250B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05196811A (ja) * | 1992-01-17 | 1993-08-06 | Ando Electric Co Ltd | 偏光解消板 |
| JPH07181321A (ja) * | 1993-12-22 | 1995-07-21 | Shimadzu Corp | 偏光解消子 |
| US20020126277A1 (en) * | 2000-08-18 | 2002-09-12 | Norton Adam E. | Small-spot spectrometry instrument with reduced polarization and multiple-element depolarizer therefor |
| CN2530368Y (zh) * | 2001-12-26 | 2003-01-08 | 武汉邮电科学研究院 | 一种光的偏振合波与消偏的混合器件 |
| JP2004029653A (ja) * | 2002-06-28 | 2004-01-29 | Kinseki Ltd | 光学ローパスフィルター及び偏光解消板 |
| CN1856732A (zh) * | 2003-09-23 | 2006-11-01 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 透反射式lcd中的光循环利用 |
| CN101650479A (zh) * | 2009-09-27 | 2010-02-17 | 济南大学 | 一种用法布里－珀罗腔的偏振光退偏器 |
| CN102985870A (zh) * | 2011-09-22 | 2013-03-20 | 刘平 | 退偏器 |
| CN203365811U (zh) * | 2013-07-15 | 2013-12-25 | 武汉优光科技有限责任公司 | 双楔角型退偏器 |
| CN105158837A (zh) * | 2015-10-28 | 2015-12-16 | 曲阜师范大学 | 偏振度连续可调的单色光起偏器 |
| CN213302563U (zh) * | 2020-09-11 | 2021-05-28 | 天津德力仪器设备有限公司 | 对入射光偏振态不敏感的单色退偏器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 毛仕春;李国华;: "二元双折射晶体复合光退偏性能的研究", 激光技术, no. 02, 25 April 2007 (2007-04-25), pages 209 - 216 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115903250B (zh) | 2024-04-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6515744B2 (en) | Small spot ellipsometer | |
| Hawranek et al. | The control of errors in IR spectrophotometry—III. transmission measurements using thin cells | |
| CN104777545B (zh) | 一种硅纳米砖阵列偏振分光器 | |
| JP2009139973A (ja) | 偏光解析装置 | |
| JP2004535603A (ja) | 結晶レンズを備えた対物レンズにおける複屈折の補正 | |
| CN108572061B (zh) | 全口径谐波转换效率测量系统及其测量方法 | |
| US20240085702A1 (en) | Augmented reality display device | |
| WO2023050881A1 (zh) | 光谱仪、超表面分光器件 | |
| US8098371B2 (en) | Apparatus for measuring residual stress of optical fiber | |
| CN111765853A (zh) | 一种高分辨力一维测角激光传感器 | |
| JP2005509184A (ja) | 立方晶により製作されるリターデーション素子と該素子を有する光学系 | |
| CN109443554A (zh) | 一种基于石墨烯光自旋霍尔效应的波长测量装置及方法 | |
| WO2016169023A1 (zh) | 一种单分束器透射式光子晶体光纤谐振腔 | |
| CN115903250A (zh) | 石英晶体旋光与双折射偏振无关复色光退偏器 | |
| CN209640518U (zh) | 一种产生远距离高分辨贝塞尔光束的双胶合轴锥镜 | |
| CN116297228A (zh) | 一种相位补偿超灵敏偏光干涉仪 | |
| US20130114140A1 (en) | Polarization converter of bidirectional cylindrical symmetry and cartesian-cylindrical polarization conversion method | |
| CN110631805A (zh) | 一种利用aotf单色光测量宽波段波片性能的装置及方法 | |
| US3614195A (en) | Retardation compensator plate for a polarizing microscope | |
| US20220196897A1 (en) | Optical bandpass filter | |
| CN115877581A (zh) | 石英晶体旋光、双折射偏振无关单色光退偏器 | |
| Hosoe | Highly precise and stable laser displacement measurement interferometer with differential optical passes in practical use | |
| RU2534435C1 (ru) | Эталонный дифракционный оптический элемент (варианты) | |
| CN115950624B (zh) | 一种宽波段消色差相位延迟片延迟量定标系统及定标方法 | |
| CN212390974U (zh) | 一种高分辨力一维测角激光传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |