DE2217175A1 - Polarisationsprisma - Google Patents

Description

Den 30. 6. 1971 Polarisationsprisma

Die Erfindung betrifft ein Polarisationsprisma, das insbesondere für eine Anwendung in Laser-Güteschaltern geeignet ist.

Es ist bekannt, in Güteschaltern für Riesenimpuls-Laser Polarisatoren zu benutzen, die aus doppelbrechenden Teilprismen zusammengesetzt sind. Zu den vorteilhaftesten PrismenanOrdnungen gehört die Ausführungsform nach Glan-Foucault und Glan-Thompson. Solche Polarisatoren gestatten den ungehinderten Durchgang von Licht einer Polarisationsrichtung, während Licht, dessen Polarisation um 90° von dieser Vorzugsrichtung abweicht, nach einer anderen Richtung hin abgelenkt wird. Heben einer ausreichenden Strahlenaufspaltung der auf diese Weise entstehenden polarisierten Teilstrahlen sind die Größe der an den Grenzflächen der Teilprismen entstehenden Reflexionsverluste wichtig für die Anwendbarkeit derartiger Prismenkombinationen. Die günstigsten Resultate erzielte man bisher mit Glan-Prismen aus Kalkspat, bei denen die Reflexionsverluste an den Trennflächen der beiden Teilprismen nur etwa 2 % betragen und die zusätzlich an ihrer Vorder- und Endfläche durch Aufbringen von reflexionsmindernden Schichten entspiegelt wurden. Optisch einwandfreier Kalkspat ist aber auf Grund seines seltenen Vorkommens nur schwer erhältlich und dementsprechend teuer. Man hat daher versucht, dieses Mineral durch künstlich hergestellte, doppelbrechende Substanzen, z. B. Ammoniumdihydrogenphosphat (ADP), zu er-

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setzen. Jedoch treten bei Glan-Prismen aus ADP an den inneren Trennflächen Lichtverluste bis zu 15 55 auf. Sie sind daher für eine Verwendung in Güteschaltern .wenig geeignet.

Zur Vermeidung der genannten !lachteile hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein aus zwei hintereinandergeschalteten doppelbrechenden Teilprismen entgegengesetzter Strahlenablenkung bestehendes Polatisationsprisma zu schaffen, deren Teilprismen bezüglich der Lage ihrer optischen Achsen und ihrer brechenden Flächen zueinander und zum einfallenden unpolarisierten Lichtstrahl so orientiert sind, daß sich die Reflexionsverluste bei gleichbleibend großer Strahlenaufspaltung verringern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Lichtaustrittsfläche des ersten Teilprismas, dessen optische Achse parallel zur Richtung seiner brechenden Kante, verläuft, mit der Lichteintrittsfläche des in Lichtrichtung folgenden zweiten Teilprismas, dessen optische Achse sowohl senkrecht zur Richtung seiner brechenden Kante als auch annähernd senkrecht zur Ausbreitungsriciitung des außerordentlichen Teilstrahls in diesem Teilprisma verläuft, einen Luftlceil einschließt, daß die Lichtaustrittsfläche des zweiten Teilprismas so angeordnet ist, daß sie den ordentlichen Teilstrahl dieses Teilprismas totalreflektiert, und daß ferner der Einfall des unpolarisierten Lichtstrahls in das erste Teilprisma sowie der Austritt des außerordentlichen Teilstrahls aus diesem .Teilpris::}? unter dem Brewsterschen Winkel erfolgen.

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Vorteilhafterweise bestehen die Teilprismen aus künstlich hergestelltem doppelbrechenden Material, z. B, Ammoniumdihydrogenphosphat (ADP).

Der Aufbau und die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Polarisationsprismas sollen an Hand des in einer Figur schematisch dargestellten Ausfüftrungsbeispiels näher erläutert worden:

Das Polarisationsprisma besteht aus zwei doppelbrechenden Teilprismen 1 und 2 mit den brechenden Winkeln'oC und β und den brechenden Kanten 4 und 8, die von den brechenden Flächen AB, BC bzw. DE, EF gebildet v/erden. Beide Teilprismen, die beispielsweise aus gezüchteten ADP-Kristallen hergestellt sind, werden durch einen Luftkeil 3 mit einem brechenden Winkel V¹ voneinander getrennt. Auf das Teilprisma mit der brechenden Kante 4 trifft ein unpolarisiertes Lichtstrahlenbündel 5 unter einem Einfallswinkel <f auf, der annähernd gleich dem Brewsterschen Winkel ist. Das Lichtstrahlenbündel 5 wird in ein außerordentliches, senkrecht zur Zeichenebene schwingendes Teilstrahlenbündel 6 und ein ordentliches, parallel zur Zeichenebene schwingendes Teilstrahlenbündel 7 zerlegt. Die brechende Kante 4 liegt parallel zur optischen Achse 0 des Teilprismas 1. Der Winkel oC wird so gewählt, daß der Austrittswinkel (f' des Teilstrahlenbündels 7 ebenfalls gleich dem Brewsterschen Winkel ist. Nach einer weiteren Aufspaltung im Luftkeil 3 werden die Teilstrahlenbündel 6 und 7 im 'Teilprisma 2, dessen brechende Kante 8 parallel zur brechenden Kante 4 und senkrecht zur optischen Achse O¹ aus-

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gerichtet ist wiederum, aber nun in entgegengesetzter V/eise abgelenkt. Das Teilstrahlenbündel 6 erfährt nach dem Durchlaufen des 'Teilprismas 2 eine Totalreflexion an der brechenden Fläche E? und tritt durch die Basisfläche DF hindurch, während, das parallel zur Zeichenebene schwingende außerordentliche Teilstrahlenbündel 7 durch die brechende fläche EF aus dem Polarisator austritt. Das außerordentliche Teilstrahlen· bündel 7 durchläuft das Teilprisma 2 in einer Richtung, die annähernd senkrecht zur Richtung der optischen Achse 0' ist. Der Keilv/inkel Y, der brechende Winkel β und der von der Fläche DE und der optischen Achse 0' eingeschlossene V/inkel £ v/erden so aufeinander abgestimmt, daß die unerwünschten Reflexionen an der Fläche DE nur sehr geringe Beträge annehmen und das Teilstrahlenbündel 6 an der Fläche EF eine Totalreflexion erfährt. Für die Anwendung des PoIarisaticnsprismas in Lasern ist es außerdem zweckmäßig, bei der Berechnung der brechenden Winkel nit Hilfe der aus der Optik bekannten mathematischen Beziehungen (z. B, Born, Principles of Optics, London 1959; Czapski-Epnenstein, Grundzüge der Theorie der optischen Instrumente, Leipzig 1924) als zusätzliche Bedingung zu fordern, daß das aus der brechenden Fläche EF austretende Teilstrahlenbündel 7 die ursprüngliche Richtung des einfallenden, unpolarisierten Licht Strahlenbündels 5 beibehält und lediglich parallelvcrsetzt wird.

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"D-

Für monochromatisches Licht mit der Wellenlänge - 700 nm wurden die folgenden V/inkelv/erte ermittelt:

\O .. ,-Ο . „j ( ,«Ο

C - 66°43·, /3- 70°, y = 5° und £ * 32°.

!.lit dieser Anordnung gelingt es, die Mchtreflexion an den Prismentrennflachen auf nur 1,5 5$ zu verringern. Damit das totalreflektierte Teilstrahlenbündel 6 rechtwinklig sum Teilstrahlenbündel 7 austritt, muß der Basiswinkel y^ des Teilprismas 2 einen V/ert von 65° aufweisen. Bei anderen Y/ellenlängen nehmen die Winkel selbstverständlich andere-V/erte an.

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Claims (2)

1. Pat entan Spruche

   Polarisationsprisma zur Zerlegung eines unpolarisierten Lichtstrahls in zwei senkrecht zueinander polarisierte Teilstrahlon, bestehend ai;s zv/ei, hintereinandergesciialteten dopperbrechenden Teilprismen entgegengesetzter Strahlenablenkung, deren durch die Lichtein- und -austrittsflachen gebildeten brechenden Kanten parallel zueinander orientiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtauotrittsflache des ernten Teilprismas, dessen optische Achse parallel zur Richtung seiner brechenden Kante verläuft, mit der Lichteintrittsfläche des in Lichtrichtung fönenden zweiten Teilprismas, dessen optische Achse sowohl senkrecht zur Richtung seiner brechenden Kante als auch annähernd senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des außerordentlichen Teilstrahls in diesem Teilprisma verläuft, einen Luftkeil einschließt, daß die Lichtaustrittsfläche des zweiten Teilprismas so angeordnet ist, daß sie den ordentlichen Teilstrahl dieses Teilprismas totalreflektiert, und daß ferner der Einfall des unpolarisierten Lichtstrahls in das erste Teilprisma sowie der Austritt des außerordentlichen Teilstrahls aus diesem Teilprisma unter dem Brewstersehen V/inkel erfolgen.
2. 2. Polarisationsprisma nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilprismen aus künstlich hergestelltem doppelbrechenden Material, vorzugsweise Ammoniumdihydrogen-

   phosphat (I]H₁H₀PO₇,), bestehen.
   4 d 4

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