DE1956965A1

DE1956965A1 - Polarizing prism

Info

Publication number: DE1956965A1
Application number: DE19691956965
Authority: DE
Inventors: Dumont Frank James
Original assignee: DUMONT FRANK JAMES
Current assignee: DUMONT FRANK JAMES
Priority date: 1969-11-12
Filing date: 1969-11-12
Publication date: 1971-05-19

Description

Polarisationsprisma. Polarizing prism.

Die vorliegende Erfindung betrifft Polarisationsprismen und insbesondere ein Polarisationsprisma zur Strahlaufspaltung für interferometrische Messungen und dergleichen. The present invention relates to polarizing prisms, and more particularly a polarization prism for beam splitting for interferometric measurements and like that.

Zur Herstellung doppelbrechender Polarisationsprismen wurde bisher üblicherweise als doppelbrechendes Material Kalkspat verwendet, beispielsweise für Prismen nach Nicol und Glen-Thompson. kiese und andere kalkspathaltige Prismen haben den Nachteil, daß eine Art Kitt, etwa Kanadabalsam, oder ein 1 mit geeignetem Brechungsindex gebraucht wird, um entweder eine Kalkspat schicht zwischen zwei Glasprismen zu befestigen oder aber die Flächen eines gebrochenen Kalkspatkristalls ancinanderzukleben. Große Kalkspatkristalle hoher optischer Qualität sind jedoch außerordentlich teuer; Kalkspat ist zerbrechlich und muß im allgemeinen poliert werden; große Kalkspatplatten, wie sie für interferometrische Messungen benötigt werden, gibt es praktisch nicht. Außerdem sind passende Klebstoffe nicht in der erforderlichen Auswahl vorhanden, um den Anforderungen zu entsprechen, die an gute Polarisationsprismen bezüglich Brechungsindex, Dispersion und mechanischer Eigenschaften gestellt werden. For the production of birefringent polarization prisms has been Usually used as birefringent material calcite, for example for Nicol and Glen-Thompson prisms. have gravel and other prisms that contain calcite the disadvantage that a kind of putty, such as Canada balsam, or a 1 with a suitable refractive index is needed to either attach a calcite layer between two glass prisms or to glue the surfaces of a broken calcite crystal together. Size Calcite crystals high optical quality, however, are extraordinary expensive; Calcite is fragile and generally requires polishing; large calcite slabs, there is practically no such thing as needed for interferometric measurements. In addition, suitable adhesives are not available in the required selection, to meet the requirements of good polarizing prisms Refractive index, dispersion and mechanical properties can be set.

Es wurden verschiedene Versuche unternommen, andere Bindungsprozesse zu entwickeln, um ein doppelbrechendes Material zwischen zwei Prismenflächen zu bringen, beispielsweise dadurch, daß ein doppelbrechender Kristall zwischen zwei Prismenflächen aus einer Schmelze bei hoher Temperatur gezogen wird. Hierbei entsteht jedoch das Problem der richtigen Orientierung der Kristallachse; außerdem bleibt in dem Prisma nach dem Abkühlen eine hohe Restspannung. Eine solche Spannung begrenzt nicht nur die Polarisationswirkung des Prismas sondern auch die mögliche optische Qualität, die mit dem doppelbrechenden Material erzielt werden kann. Auch wurdeversucht, anstelle der Prismen Flüssigkeitszellen mit geeignetem Brechungsindex zu verwenden; für diese Anordnung war jedoch ein erheblicher Aufwand an Zubehör erforderlich, außerdem schwankte der Brechungsindex durch Verdampfen mit zunehmendem Alter. Diese Schwankungen des Brechungsindex können den Aufnahmewinkel des Prismas verkleinern, wodurch die optische qualität verringert wird. Various attempts have been made, other attachment processes to develop a birefringent material between two prism faces bring, for example, by having a birefringent crystal between two Prism faces is drawn from a melt at high temperature. This creates however, the problem of the correct orientation of the crystal axis; also remains a high residual voltage in the prism after cooling. Such tension is limited not only the polarization effect of the prism but also the possible optical one Quality that can be achieved with the birefringent material. Attempts have also been made to use liquid cells with a suitable refractive index instead of the prisms; For this arrangement, however, a considerable amount of accessories was required, in addition, the refractive index fluctuated with age due to evaporation. These Fluctuations in the refractive index can reduce the angle of the prism, whereby the optical quality is reduced.

Die bisherigen Polarisationsprismen boten deshalb keine zufriedenstellende Lösung bei der Verwendung zur Strahlauf spaltung bei interferometrischen Messungen, insbesondere wenn Lichtverluste ein Problem darstellten. Kalkspatpolarisatoren sind nicht nur kostspielig und schwierig herzustellen, sondern bieten auch in anderer Weise eine unbefriedigende Lösung des Problems, da sie zur Verringerung der optischen Qualität des oder der Instrumente beitragen, in denen sie verwendet werden. Polarisatoren nach Wollaston und Rochen, die zu den zusammengesetzten doppelbrechenden Prismen zählen, spalten das Licht in zwei senkrecht zueinander schwingende, linear polarisierte Strahlen auf, die einen Winkel miteinander bilden. bie werden deshalb im allgemeinen nicht als einfache Polarisatoren verwendet, da die Winkelaufspaltung zwischen den zwei polarisierten Strahlen klein ist und der eine der Strahlen durch mechanische Vorrichtungen abgeblendet werden muß. Diese geringe Winkelaufapaltung der beiden polarisierten Strahlen verringert ihre brauchbarkeit, insbesondere für Interferometer, da Doppelbilder entstehen. The previous polarization prisms were therefore not satisfactory Solution when used for beam splitting in interferometric measurements, especially when light loss was a problem. Calcite polarizers are not only costly and difficult to manufacture, but also offer in others Way an unsatisfactory solution to the problem, as it reduces the optical Contribute to the quality of the instrument (s) in which they are used. Polarizers according to Wollaston and Rochen, the compound birefringent prisms count, split the light into two linearly polarized ones oscillating perpendicular to each other Rays that form an angle with each other. They are therefore generally not used as simple polarizers because of the angular splitting between the two polarized rays is small and one of the rays by mechanical Devices must be dimmed. This small angular splitting of the two polarized rays reduce their usefulness, especially for interferometers, because double images arise.

Der Erfindung liegt folgende Aufgabenstellung zugrunde: Es soll ein verbessertes Polarisationsprisma geschaffen werden, das außerordentlich hohe Polarisationswirkung in Verbindung mit minimaler Durchlaßdämpfung, verglichen mit bisherigen Prismen, aufweist. The invention is based on the following task: It should be a improved polarizing prism are created, the extraordinarily high polarizing effect in connection with minimal transmission loss compared to previous prisms, having.

Es soll weiterhin ein verbessertes Polarisationsprisma geschaffen werden, das zur Strahlaufspaltung in Interferometern verwendet werden kann. Hiefür muß ein verbessertes Polarisationsprisma geschaffen werden, das den einen polarisierten Strahl hindurchläßt, den anderen jedoch vollstandig reflettiert. It is also intended to create an improved polarization prism used for beam splitting in interferometers used can be. For this purpose an improved polarization prism must be created, which allows one polarized beam to pass through, but the other completely refletted.

Es soll weiterhin ein neuartiges Polarisationsprisma der oben beschriebenen Art gesclleffen werden, des verbesserte Polarisationswirkung und geringere innere Spannungen als bisherige Polarisatonsprismen aufweist und minimales Streulicht erzeugt. Hierfür mu£ ohne den -ltitt gearbeitet werden, der zur Befestigung des doppelbrechenden Materials in einem Polarisationsprisma bisher verwendet wurde. It should also be a novel polarizing prism of the type described above Kind of sleeved, the improved polarization effect and lower internal Has tensions than previous polarization prisms and generates minimal scattered light. To do this, work must be carried out without the need to attach the birefringent Material has previously been used in a polarizing prism.

Es soll weiterhin ein neuartiges Verfahren zur Herstellung eines für interferometrische Zwecke verwendbaren Polarisationsprismas geschaffen werden. It is also intended to provide a novel method for producing a for interferometric purposes usable polarizing prism are created.

Weitere Merkmale ergeben sic aus der nun folgenden Benschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnungen. Further features result from the description below of an embodiment of the invention with reference to the drawings.

Figur 1 ist eine vergrößerte Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Polarisationsprismas. Figure 1 is an enlarged side view of one of the present invention Polarizing prism.

Figur 2 ist eine Endansicht des Prismas. Figure 2 is an end view of the prism.

Mit der Bezugsziffer 10 ist ein Polarisationsprisma zur Strahlaufspaltung bezeichnet, das eine ebene Platte oder Schicht 12 aus doppelbrechendex Material, beispielsweise Muskovit-Glimmer, enthält, die zwischen den ebenen Flächen 14 nnd 15 zweier Substratprismen 16 und 17 befestigt ist. With the reference number 10 is a polarization prism for beam splitting denotes a flat plate or layer 12 of birefringent material, for example muscovite mica, which between the flat surfaces 14 and 15 of two substrate prisms 16 and 17 is attached.

Die gegenüberliegenden Flächen der Platte 12 haben optischen Kontakt mit den Flächen 14 und 15. Die beiden optischen Achsen (nicht dargestellt) der Glimmerschicht 12 verlaufen etwa symmetrisch zu einer senkrecht zur Platte 12 gedachten Linie, die in der Zeichnung durch die gestrichelte Linie α angedeutet ist; sie liegen außerdem in der Ebene, die durch die Linie α und durch eine weitere Linie gebildet wird, die senkrecht zur Zeichenebene verläuft und deren Durchstoßpunkt eigezeichnet ist. Die Glimmerplatte 12 ist so ausgerichtet, daß die H@@@trichtung γ senkrecht zur Längsacse x des Prismas 10 verläuft, Die Prismen 16 und 17 könne aus Glas, Quarz oder anderen geeigneten Materialien bestehen, die in dem betreffenden Spektralberelch, in dem das Polarisationasprisma verwendet werden soll, durchlässig sind.The opposing faces of the plate 12 are optical Contact with the surfaces 14 and 15. The two optical axes (not shown) of the mica layer 12 run approximately symmetrically to an imaginary line perpendicular to plate 12, which is indicated in the drawing by the dashed line α; they lay also in the plane through the line α and through another line is formed, which runs perpendicular to the plane of the drawing and its intersection point is signed. The mica plate 12 is oriented so that the H @@@ direction γ runs perpendicular to the longitudinal axis x of the prism 10, the prisms 16 and 17 could consist of glass, quartz or other suitable materials used in the relevant Spectral area in which the polarization prism is to be used, transparent are.

Zur Herstellung aes Prismas 10 werden die Flächen 14 und 15 der Substratprismen 16 und 17 eben poliert und gereinigt, bis sie mindestens eine Genauigkeit von y10 Wellenlänge haben. Diese Genauigkeit liegt sehr wohl innerhalb der @öglichkeiten eines guten Optikers, Die Oberflächen 14 und 15 müssen atomiach rein (in atomaren Abmessungen), frei von Statut und Fremdpartikeln seinö sie werden deshalb nach dem Polieren und Reinigen in einer staubfrein Umgebung gehalten, Dann wird die doppelbrechnde Schicht 12, deren @egenüberliemmende Flächen ebenfalls atomisch rein sein müssen, hergestell@, indem beispielsweise die Außenschichten einer Glimmerplatta, die den Spezifikationen AST@ IV-I entspricht, abgespalten werden, so daf> die Innenschicht, die als Schicht 12 verwendet werden soll, frisch gespaltene, gegenüberliegende Oberflächen aufweist, die keine Kratzer oder stufenförmire Abspaltungen enthalten. Andererseits kann auch ein plan@ara leler Kristall oder eine Schicht 12 aus einer Schmelze eines doppelbrenchenden Materials (nicht Glimmer) gezogen werden, so daß gegenüberliegende Seiten des Kristalls atomisch rein sind. Diese Verfahrensschritte, bei denen ein späteres Polieren der Schicht 12 Erforderlich ist, sollten ; # einer staubfreien Umgebung durchgeführt werden, un eine Verunreinigung der Oberfläche der frisch gespaltene oder als Kristall gezogenen Schicht 12 zu vermeiden. Die Schicht 12 sollte gerade dick genug sein, um bequem verarbeitet zu werden, beispielsweise etwa 0,025 mm (0,0010C"). To produce a prism 10, the surfaces 14 and 15 of the substrate prisms 16 and 17 just polished and cleaned to an accuracy of at least y10 Have wavelength. This accuracy is well within the possibilities of a good optician, the surfaces 14 and 15 must be atomically clean (in atomic Dimensions), be free of statute and foreign particles ... they are therefore according to the The polishing and cleaning is kept in a dust-free environment, then the birefringent Layer 12, the overlapping surfaces of which must also be atomically pure, manufactured @ by, for example, the outer layers of a mica plata, which the Specifications AST @ IV-I, are split off, so that> the inner layer, as layer 12 to be used, freshly split, opposite Has surfaces that do not contain scratches or stepped splitting. On the other hand, a plan @ ara leler crystal or a layer 12 of a Melt of a double-burning material (not mica) can be drawn so that opposite sides of the crystal are atomically pure. These procedural steps, which later require polishing of layer 12 should; # one dust-free environment, and contamination of the surface the freshly split or pulled as a crystal layer 12 to avoid. The layer 12 should be just thick enough to be conveniently processed, for example about 0.025mm (0.0010C ").

Die atomisch reinen Flächen 14 und 15 der Prismen 16 und 17 werden dann koplanar mit ce gegenüberliegenden Flächen der irisch gespaltene oder als Kristall gezogenen Schicht 12 in 3erührung gebracht, so daß die reinen Oberffilächen 14 und 15 durch Atomadhäsion an den gegenüberliegenden Flächen der Schicht 12 annaften und optischen Kontakt bilden. The atomically pure surfaces 14 and 15 of the prisms 16 and 17 are then coplanar with ce opposite faces of the Irish cleaved or as a crystal Drawn layer 12 brought into 3 contact, so that the pure Oberffilächen 14 and 15 to the opposite surfaces of the layer 12 by atomic adhesion and make optical contact.

Während die Prismen 16 und 17 .it der Schicht 12 in Kontkt gebracht werden, haben die Prismen 16 und 17 und die Schicht 12 vorzugsweise die Temperatur, bei der das Polerisatlonsprisma 10 verwendet werden soll, so daß keine äumeren Zugspannungen im fertigen Prisma 10 durch Temperaturänderungen auftreten können. Fdr normale Verwendungsswedke werden die Prismen 16 und 17 und die Schicht 12 bei Zimmertemperatur zusqmmengebaut.While the prisms 16 and 17 are brought into contact with the layer 12 are, the prisms 16 and 17 and the layer 12 preferably have the temperature in which the Polerisatlonsprisma 10 is to be used, so that no external tensile stresses can occur in the finished prism 10 due to temperature changes. For normal usage tools the prisms 16 and 17 and the layer 12 are assembled together at room temperature.

Ersichtlicherweise beziehen sich die Isotropie- und Doppelbrechun seigenschaftein eines Mediums, wie es hier verwendet wird, auf den Spektralbereich, in dem das Material verwendet werden soll, d. h. Isotropie- und Doppelbrechunarseigenschhten zür den ultraviolatten, sichtbaren, infraroten oder ir endeinen anderen Bereich des elektromagnetischen Spektrume. Der Brechungsindex des Prismas sollte größer oder gleich dein normalen Index von Glimmer sein, der etwa bei 1,6 liegt. Der Index der Glasprismen 16 und 17 kann beispielsweise 1,72 betre-en; auch wenn der Indexuntersohied von 0,12 für die Glas-Glimmer-Anordnung gering ist, kenn er auf Nunsch dures @eeignete Nahl des Glase reduziert werden. Obviously, the isotropy and birefringence relate properties of a medium, as it is used here, on the spectral range, in which the material is to be used, d. H. Isotropy and birefringence properties for the ultraviolet, visible, infrared or any other range of the electromagnetic spectrum. The refractive index of the prism should be larger or equal to your normal index of mica, which is around 1.6. The index the glass prisms 16 and 17 can relate, for example, to 1.72; even if the index is different of 0.12 for the glass-mica arrangement is low, he knows dures @suitable ones on demand Nahl the glass can be reduced.

Obwohl in einem speziellen Ausführungsbeispiel für die Schicht i muskovit-Glimmer er egeben wurde, ist ersichtlich, der auch anders doppelbrechende materialien verwendet werden Können, die sich spalten oder in planparallelen Schichten @lehen Kassen und die optischen Kontakt ermöglichen. Although in a special embodiment for the layer i Muscovite mica he was given, can be seen that also differently birefringent Materials that split or in plane-parallel layers can be used @lehen cash registers and the optical contact enable.

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß die vorlie onde Erfindung eine neuartiges Verfahren zur Herstellung einer verbesserten Polarisationsprismas schafft, das zufriedenstellende interierometrische und Stranispaltungseigenschaften @@fweist. Bei der vorliegenden Erfindung wird kein Kitt oder Kleber vermendet, wie er bisher für die Befertigung des do@@elbrechenden Materials zwischen zwei Substratplatten eines Polarisationsprimsmas üblich war. Hierdurch vermeidet man die bei Meklebten Priswen bisher auftretende Restspannung, und das Auftreten von Streulicht kann erheblich verringert werden. From the foregoing it can be seen that the present invention a novel process for making an improved polarizing prism creates satisfactory interierometric and strand splitting properties @@ f Weis. In the present invention, no putty or glue is used, such as so far he has been responsible for the production of the do @@ elbrechenden material between two substrate plates of a polarization primer was common. This avoids those with Meklebten Priswen residual stress that has occurred so far, and the appearance of stray light can be reduced significantly.

Die Gesamtspannung des Prismas 10 ist die Eigenspannung des verwendeten Glas und Glimmer. Durch geeignete Spezifikationsforderungen von Glas und doppelbrechendem jaterial kann diese Eigen spannung minimal klein gehalten werden, so daß ein nahezu spannungsfreies Prisma geschaffen wird. Außerdem kann durch Verwendung eines höchst sorgfältig gespaltenen doppelbrechenden Schichtmaterials optischer Kontakt zwischen der frisch gespaltenen Platte und den beiden dadurch verbundenen Substratprismen geschaffen werden. Daraus ergibt sich ein hervorragendes Polarisationsprisma mit interferometrischer Qualität.The total stress of the prism 10 is the internal stress of the used Glass and mica. Through suitable specification requirements of glass and birefringent jaterial, this inherent tension can be kept minimally small, so that an almost tension-free prism is created. Also, by using a top carefully split birefringent layer material optical contact between the freshly split plate and the two substrate prisms connected thereby be created. This results in an excellent polarizing prism with interferometric quality.

Natürlich kann eine frisch gespaltene Schicht 12 aus Muskovit-Glimmer oder ein planparalleler, aus einer Schmelze eines anderen doppelbrechenden Materials gezogener Kristall zur Herstellung eines Prismas geringerer Polarisationswirkung geschaffen werden, das nur optische, nicht jedoch interferometrische Qualität aufweist. In einem solchen Fall wird ein hervömmliches Öl oder ein Kitt mit geeignetem Brechungsindex zur Befestigung der Schicht 12 zwischen den Flächen 14 und 15 verwendet. Für ein solches Prisma brauchen die Oberflächen nicht mit einer Genauigkeit von 1/10 Wellenlänge poliert zu werden. Of course, a freshly split layer 12 of muscovite mica can be used or a plane-parallel one made from a melt of another birefringent material Drawn crystal to produce a prism with less polarization effect be created that only has optical, but not interferometric quality. In such a case, an excellent oil or a putty with a suitable refractive index is used used to secure layer 12 between surfaces 14 and 15. For a The surfaces do not need such a prism with an accuracy of 1/10 wavelength to be polished.

Obwohl die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist ersichtlich, daß im Rahmen der Erfindung Abwandlungen vorgenommen werden können. Although the invention based on a special embodiment has been described, it can be seen that modifications have been made within the scope of the invention can be.

Claims

Satentanrfieldung: polarization spri sma.

PATENT CLAIMS 1) Polarizing prism made of two substrate prisms, each having one level flat surface, and one between the flat surfaces located birefringent layer, characterized in that the opposite Sides of the birefringent layer (12) optical contact with the flat surfaces (14, 15) so that the birefringent layer between the substrate prisms (16, 17) by adhesion of the surfaces of the prisms and the Layer is attached.

2. polarization prism according to claim 1, characterized in that dsS the layer consists of a crystalline material, as it consists of thin, plane-parallel, composed of fissile layer platelets.

3. Polarizing prism according to claims 1 or 2, characterized in that that the birefringent material is mica.

4. polarizing prism according to one of claims 1, 2 and 3, characterized characterized in that each of the substrate prisms (16, 17) are made of an isotropic material exists, which is transparent in that spectral range, for which the polarization prism fl; r should be used.

5. polarizing prism according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the substrate prisms consist of an aterial belonging to the group the bubble and quartz counts.

6. polarizing prism according to one of the preceding claims, characterized marked that the flat surfaces have an accuracy of at least 1/10 Have wavelength.

7. Polarizing prism, as it is related to in the foregoing has been described in the drawings.

8. Method of making a; Polarizing prism, marked by creating two sub-prisms, each one a flat, flat surface exhibit; Splitting off a flat, parallel layer of a birefringent material from a layered piece of material, so that opposite sides the layer without scratches and debris are; and attach the birefringent layer between the two flat surfaces of the substrate prisms.

Method for producing a prism according to claim d, characterized by that the material is thereby fixed between the sub-stepped cracks, as the layer through a medium with a suitable refractive index with the surfaces of the substrate prisms is cemented.

10. A method for producing a prism according to claim 8, @ indicates by polishing and cleaning the flat surfaces of the substrate prisms until the both surfaces have an accuracy of about 1/10 wavelength; and attach the birefringent layer between the substrate surfaces without putty, by removing the cleaned, flat surfaces of the substrate prisms in direct contact with the opposite Pages of the layer are brought while it is still dusty.

11. The method according to claim 10, characterized in that the cleaned Surfaces and the scratch-free sides of the layer in a substantially dust-free manner Atmosphere can be maintained until the layer is attached between the substrate prisms is.

12. The method according to any one of claims 8-1, characterized in, that the layer is birefringent by crystal growth from a melt Material is obtained. Learner side