CN201004093Y - 一种偏振分束棱镜 - Google Patents

Abstract

一种偏振分束棱镜，包含一片两光学面相互平行的双折射晶体薄片，其中双折射晶体薄片位于一个平行四边形形状的上光学玻璃或晶体棱镜和一个三角形形状的下光学玻璃或晶体棱镜之间，双折射晶体薄片的相互平行的两光学面同时平行于上光学玻璃或晶体棱镜的一个光学面和下光学玻璃或晶体棱镜的斜光学面，上光学玻璃或晶体棱镜与双折射晶体薄片相互平行的光学面与光入射面的夹角θ使入射光在双折射晶体薄片面上的入射角θ′＞全反射临界角θ₀，当n_e＞n_o时，θ₀＝arcsin(n_o/n_e)，当n₀＞n_e时，θ₀＝arcsin(n_e/n_o)，该偏振分束棱镜的输出光为两路偏振光且光路相互平行，采用以上结构，相互平行输出的o光和e光可分开较大距离，可用于较大尺寸的分束棱镜，可获得较高消光比的相互平行输出的o光和e光。

Description

一种偏振分束棱镜

技术领域  本实用新型涉及光学领域，尤其涉及输出光路相互平行的e光和o光偏振分束棱镜。

背景技术  在常规偏振光学中，如图1和图2所示，通常通过两种常见方法将一束光分解为相互平行o光和e光。

如图1所示，利用双折射晶体的work-off角，使o光和e光分开。问题是目前存在的最大折射率差值的双折射晶体，如钒酸钇和金红石，work-off角约6°，相当于10mm长的晶体，o光和e光分离仅1mm。这样，对大光斑如10mm直径，则需100mm长晶体才能分开，这显然是一种不太现实方法。

如图2所示，采用双PBS(偏振分光棱镜)，这样可较轻松分开较大距离，但由于采用镀膜产生分成偏振分光，其消光比较低。

发明内容  本实用新型的主要目的在于提供一种可较轻松将相互平行输出的o光和e光分开较大距离并获得较高消光比，且成本较低的偏振分束棱镜。

为实现上述主要目的，本实用新型的结构是将一片两光学面相互平行的双折射晶体薄片设置在一个平行四边形形状的上光学玻璃或晶体棱镜和一个三角形形状的下光学玻璃或晶体棱镜之间，双折射晶体薄片的相互平行的两光学面同时平行于上光学玻璃或晶体棱镜的一个光学面和下光学玻璃或晶体棱镜的斜光学面，这三个光学元件相互平行的光学面通过光胶相互粘结，该双折射晶体薄片的光轴方向为除入射光线方向的任意方向；该上、下光学玻璃或晶体棱镜的折射率n近似等于该双折射晶体薄片的e光折射率n_e和o光折射率n_o中的最大值；上光学玻璃或晶体棱镜与双折射晶体薄片相互平行的光学面与光入射面的夹角θ使入射光在双折射晶体薄片面上的入射角θ′＞全反射临界角θ₀，当n_e＞n_o时，θ₀＝arcsin(n_o/n_e)，当n_o＞n_e时，θ₀＝arcsin(n_e/n_o)；该偏振分束棱镜的输出光为两路偏振光且光路相互平行。

以n_o＞n_o为例，此时sinθ₀＝n_e/n_o，θ≥θ₀，相对双折射晶体薄片为e光的分量在上光学玻璃或晶体棱镜内被两次全反射，而相对双折射晶体薄片为o光的分量则穿过双折射晶体薄片，再通过下光学玻璃或晶体棱镜，这样就可获得光路分离且相互平行的o光和e光。

其中直线穿过的o光可以获得较高消光比，它同双折射晶体薄片的最高消光比有相同数量级。而n和n_o可以较接近，但有一定差值时，部分o光则同e光被反射。由于o光的反射率为[(n_o-n)/(n_o+n)]²，如设双折射晶体薄片的n_o＝1.7301，光学玻璃材料的折射率n为1.71，则o光的反射率为 ${\left(\frac{1.7301-1.71}{1.7301+1.71}\right)}^2=3.4\×{10}^{-5}.$ 通过在众多光学材料中适当选择，可以使o光反射率很小很小，从而使e光分量的消光比同样较高。

因此，本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

1、相互平行输出的o光和e光可分开较大距离，可用于较大尺寸的分束棱镜；

2、可获得较高消光比的相互平行输出的o光和e光；

3、成本较低：由于采用双折射晶体薄片，同时采用较廉价的光学玻璃或晶体棱镜，整体成本较低。

附图说明  以下结合附图对本实用新型作进一步的详述：

图1是本实用新型的现有技术一的结构示意图；

图2是本实用新型的现有技术二的结构示意图；

图3是本实用新型的实施例1结构示意图；

图4是本实用新型的实施例2结构示意图；

图5是本实用新型的实施例3结构示意图；

图6是本实用新型的实施例4结构示意图；

图7是本实用新型的实施例5结构示意图；

图8是本实用新型的实施例6结构示意图；

图9是本实用新型的实施例7结构示意图。

具体实施方式  请参阅图3~图5所示，本实用新型是将一片两光学面相互平行的双折射晶体薄片2，设置在一个平行四边形形状的上光学玻璃或晶体棱镜1和一个三角形形状的下光学玻璃或晶体棱镜3之间，上、下光学玻璃或晶体棱镜的折射率为n。上光学玻璃或晶体棱镜1的光学面11//12，13//14且13//双折射晶体薄片2的光学面21//下光学玻璃或晶体棱镜的斜光学面32，这三个光学元件相互平行的光学面通过光胶相互粘结，形成输出光为两路偏振光且光路相互平行的偏振分束棱镜。

在这里，上光学玻璃或晶体棱镜与双折射晶体薄片相互平行的光学面与光入射面的夹角θ使入射光在双折射晶体薄片面上的入射角θ′＞全反射临界角θ₀，假设光在入射面上的入射角为α，则θ和θ′有如下关系：

a.若光垂直器件入射面入射，即α＝0，则θ′＝θ；

b.若光入射方向指向晶体薄片光学面，由于在入射面发生折射，所以

${\mathrm{\θ}}^{\′}=\mathrm{\θ}-\arcsin \left(\frac{\sin \mathrm{\α}}{n}\right);$

c.若光入射方向背离晶体薄片光学面，同样在入射面发生折射，此时

${\mathrm{\θ}}^{\′}=\mathrm{\θ}+\arcsin \left(\frac{\sin \mathrm{\α}}{n}\right).$

双折射晶体薄片2的e光折射率n_e和o光折射率n_o为n_o＞n_e，上光学玻璃或晶体棱镜1光学面14与光学面11的夹角θ≥θ₀，sinθ₀＝n_e/n_o，相对双折射晶体薄片2为e光的分量在上光学玻璃或晶体棱镜1内被光学面14全反射，再被光学面13全反射，而相对双折射晶体薄片2为o光的分量则穿过双折射晶体薄片2，再通过下光学玻璃或晶体棱镜3，这样就可获得光路分离且相互平行的o光和e光。

在图3、图4中，n≈n_o，其中图3所示的双折射晶体薄片2的光轴垂直于自身的光学平面；而图4所示的双折射晶体薄片2的光轴垂直于纸面。在图5中，上、下晶体棱镜1和3为与双折射晶体薄片2相同的双折射晶体，这时o光和e光的消光比均达到双折射晶体本身的最大消光比。

图6～图9所示为n_e＞n_o的结构，该结构反射o光，透过e光。

在图6～图8中，n≈n_e，其中图6所示的双折射晶体薄片2的光轴垂直于自身的光学平面；而图7所示的双折射晶体薄片2的光轴平行于纸面；图8的双折射晶体薄片的光轴与其自身光学平面呈夹角∮，通过双折射晶体薄片2的e′光折射率n_e略小于n_e且为角度∮的函数，适当设计∮角，可使n接近n_e′，即n_e′≈n，以使e光更多透射，从而使被反射o光分量消光比更高。在图9中，上、下晶体棱镜1和3为与双折射晶体薄片2相同的双折射晶体，这时o光和e光的消光比均达到双折射晶体本身的最大消光比。

本实用新型的上光学玻璃或晶体棱镜的光学面13可以不平行于双折射晶体2的光学面14，即可作为高消光比单偏振光棱镜。

Claims (3)

1、一种偏振分束棱镜，包含一片两光学面相互平行的双折射晶体薄片，其特征在于：双折射晶体薄片位于一个平行四边形形状的上光学玻璃或晶体棱镜和一个三角形形状的下光学玻璃或晶体棱镜之间，双折射晶体薄片的相互平行的两光学面同时平行于上光学玻璃或晶体棱镜的一个光学面和下光学玻璃或晶体棱镜的斜光学面，这三个光学元件相互平行的光学面通过光胶相互粘结；该双折射晶体薄片的光轴方向为除入射光线方向的任意方向；该上、下光学玻璃或晶体棱镜的折射率n近似等于该双折射晶体薄片的e光折射率n_e和O光折射率n_o中的最大值；上光学玻璃或晶体棱镜与双折射晶体薄片相互平行的光学面与光入射面的夹角θ≥θ₀，若光垂直器件入射面入射，则θ＝θ′；当ne＞n₀时，θ₀＝arcsin(n_o/n_e)，当n_o＞ne时，θ₀＝arcsin(n_e/n_o)；该偏振分束棱镜的输出光为两路偏振光且光路相互平行。

2、如权利要求1所述的一种偏振分束棱镜，其特征在于：当n≈n_e时，该双折射晶体薄片的光轴与其光学平面呈夹角∮，通过双折射晶体薄片的e′光折射率n_e′略小于n_e且为角度∮的函数，该n_e′≈n。

3、如权利要求1或2所述的一种偏振分束棱镜，其特征在于：其上光学玻璃或晶体棱镜的上端反射面与双折射晶体光学面不平行。

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