一种带参考光窗口的转向对称分束偏光棱镜制造技术

本发明专利技术属于光学元件的结构设计和材料选用领域，特别涉及到一种带参考光窗口的对称分束偏光棱镜。该方法采用冰洲石与玻璃组合，设计出了一种带参考光窗口的90°转向对称分束偏光棱镜，该组合偏光棱镜既能使光束转向90°，又可以实现对称分束起偏，集成了转向棱镜和对称分束棱镜的功能，将其应用于光路中，可以省去一只转向棱镜，减少光强损失，提高光路调节便易度，同时该组合偏光棱镜还带有参考光输出窗口，可以对入射光源的状态进行监控和反馈调节，最后，该组合偏光棱镜相对于传统的全冰洲石棱镜还可以节省冰洲石晶体材料，降低棱镜制作成本。

【技术实现步骤摘要】
一种带参考光窗口的转向对称分束偏光棱镜
本专利技术属于光学元件的结构设计和材料选用领域，特别涉及到一种带参考光窗口的对称分束偏光棱镜。
技术介绍
随着偏振光学的发展，尤其是偏振检测技术的迅速发展，偏振棱镜一直是人们关注的对象，它是光路起偏、检偏的核心器件。目前一般采用冰洲石晶体制作棱镜，但是天然的光学级冰洲石晶体资源日渐枯竭，寻找代替晶体或者改进设计降低单只棱镜中冰洲石晶体材料的消耗就成为研究热点，此外，在一些具有转向、分束、参考光输出等特定需求的光路中，存在分立器件多，光强损失大，光路调节复杂的问题，若能在一定程度上集成分立的光学器件的功能，可极大的提高光路调节的便易度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过新的棱镜设计，采用冰洲石晶体和玻璃组合的方法，降低冰洲石晶体材料的消耗，设计冰洲石与玻璃组合的具有90°转向、对称分束和参考光输出三重复合功能的偏光棱镜。本专利技术采用的技术方案为一块等腰三棱镜和一块直角三棱镜通过树脂胶、光胶或者空气隙胶合在一起，形成直角棱台结构，如图1所示；所述的两棱镜的材质分别为H-BaK7玻璃和冰洲石晶体；所述的H-BaK7玻璃为光学玻璃，H-BaK7为光学领域对该玻璃的公认编号，H-BaK7作为一种光学玻璃，具备尺寸大、价格低的特点，其光学透过范围为330nm~2400nm，基本覆盖冰洲石晶体棱镜的透过范围，本专利技术采用H-BaK7玻璃的关键技术是H-BaK7玻璃的折射率色散曲线近乎完美的位于冰洲石两主折射率色散曲线的中间，如图2所示；在与冰洲石晶体棱镜组合时，通过结构设计，可以使非常光和寻常光通过棱镜时发生偏折，两光线偏折的角度近似相等；所述的冰洲石晶体为天然光学级冰洲石晶体；如图3所示，等腰三棱镜的三个面均为通光面，直角三棱镜的通光面为一直角面和斜面，两棱镜通光面通过树脂胶、光胶或空气隙胶合在一起，形成直角棱台结构，等腰棱镜顶角S1为45°且材质为H-BaK7玻璃，直角棱镜的锐角S2为22.5°且材质为冰洲石，两棱镜的胶合面为等腰棱镜的底面和直角棱镜的斜面。入射光束从组合棱镜左侧端面垂直入射，在等腰玻璃棱镜右侧端面上全反射，在胶合面上斜入射：反射光束在等腰玻璃棱镜左侧端面上全反射后垂直右侧端面出射，形成入射光束的参考光；在胶合界面上折射进入冰洲石直角棱镜的光束发生双折射，之后在直角棱镜下方直角面上分别折射进入空气，形成对称分束的两束偏振光。根据折射定律，组合棱镜的分束角Δ和对称分束偏差δ可由下式求出：（1）（2）（3）（4）。图4为本专利技术带参考光窗口的转向对称分束偏光棱镜分束角偏差随波长变化的曲线，可以看到，在0.3~2.4微米的宽波段内，对称分束偏差均小于0.2°。本专利技术的有益效果是：降低了偏光棱镜中冰洲石晶体的使用量，降低了偏光棱镜制作成本，将光束的90°转向和对称分束功能集于一身，同时提供了可对光源进行监测的参考光输出窗口，提高了集成度，可减少光强损失，提高光路调节的便易度。附图说明：图1为本专利技术带参考光窗口的转向对称分束偏光棱镜的结构图，其中双向箭头表示冰洲石晶体光轴的方向；图2为本专利技术采用的H-BaK7玻璃的折射率色散曲线与冰洲石非常光、寻常光主折射率色散曲线图，其中ng为H-BaK7玻璃的折射率，no为冰洲石寻常光的主折射率，ne为冰洲石非常光的主折射率；图3为本专利技术带参考光窗口的转向对称分束偏光棱镜的结构及光路图，其中圆点表示方向垂直于纸面；图4为本专利技术带参考光窗口的转向对称分束偏光棱镜的对称分束偏差随波长的变化曲线。具体实施方式：实施例一：如图3所示，两棱镜的结构分别为等腰三棱镜和直角三棱镜，材质分别为H-BaK7玻璃和冰洲石晶体，冰洲石直角棱镜的光轴方向平行于通光斜面和两直角面，两棱镜之间通过空气隙形式胶合，组合棱镜中结构角分别为：S1=45.00°，S2=22.50°，S3=67.50°，取入射光波长为632.8nm，此时，H-BaK7玻璃的折射率为1.5667，冰洲石晶体的非常光主折射率为1.48494，寻常光主折射率为1.65576，入射光从组合棱镜左侧端面垂直入射，在等腰玻璃棱镜右侧端面上全反射，在玻璃与空气隙界面上：反射光束在等腰玻璃棱镜左侧端面上全反射后垂直右侧端面出射，形成入射光束的参考光；折射光束穿过空气隙后进入冰洲石直角棱镜，发生双折射，之后在直角棱镜下方直角面上分别再次折射进入空气，形成对称分束的两束偏振光，由式（1）~（4）可以求出本专利技术设计的带参考光窗口的转向对称分束偏光棱镜的分束角为4.05°，对称分束偏差为0.15°。实施例二：如图3所示，两棱镜的结构分别为等腰三棱镜和直角三棱镜，材质分别为H-BaK7玻璃和冰洲石晶体，冰洲石直角棱镜的光轴方向平行于通光斜面和两直角面，两棱镜之间通过光胶形式胶合，组合棱镜中结构角分别为：S1=45.00°，S2=22.50°，S3=67.50°，取入射光波长为325nm，此时，H-BaK7玻璃的折射率为1.60571，冰洲石晶体的非常光主折射率为1.5084，寻常光主折射率为1.70687，入射光从组合棱镜左侧端面垂直入射，在等腰玻璃棱镜右侧端面上全反射，在玻璃与冰洲石界面上：反射光束在等腰玻璃棱镜左侧端面上全反射后垂直右侧端面出射，形成入射光束的参考光；折射光束进入冰洲石直角棱镜，发生双折射，之后在直角棱镜下方直角面上分别再次折射进入空气，形成对称分束的两束偏振光，由式（1）~（4）可以求出本专利技术设计的带参考光窗口的转向对称分束偏光棱镜的分束角为4.71°，对称分束偏差为0.07°。实施例三：如图3所示，两棱镜的结构分别为等腰三棱镜和直角三棱镜，材质分别为H-BaK7玻璃和冰洲石晶体，冰洲石直角棱镜的光轴方向平行于通光斜面和两直角面，两棱镜之间通过树脂胶的形式胶合，组合棱镜中结构角分别为：S1=45.00°，S2=22.50°，S3=67.50°，取入射光波长为1550nm，此时，H-BaK7玻璃的折射率为1.5513，冰洲石晶体的非常光主折射率为1.47768，寻常光主折射率为1.63357，入射光从组合棱镜左侧端面垂直入射，在等腰玻璃棱镜右侧端面上全反射，在玻璃与树脂胶界面上：反射光束在等腰玻璃棱镜左侧端面上全反射后垂直右侧端面出射，形成入射光束的参考光；折射光束进入树脂胶，穿过树脂胶后折射进入冰洲石直角棱镜，发生双折射，之后在直角棱镜下方直角面上分别再次折射进入空气，形成对称分束的两束偏振光，由式（1）~（4）可以求出本专利技术设计的带参考光窗口的转向对称分束偏光棱镜的分束角为3.7°，对称分束偏差为0.19°。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带参考光窗口的转向对称分束偏光棱镜，包括一块等腰三棱镜和一块直角三棱镜，等腰三棱镜的三个面均为通光面，直角三棱镜的通光面为一直角面和斜面，两棱镜通光面通过树脂胶、光胶或空气隙胶合在一起，形成直角棱台结构，其特征在于：等腰棱镜顶角为45°且材质为H‑BaK7玻璃，直角棱镜一锐角为22.5°且材质为冰洲石，冰洲石晶体光轴平行于直角棱镜的两通光面，两棱镜的胶合面为等腰棱镜的底面和直角棱镜的斜面。

【技术特征摘要】
1.一种带参考光窗口的转向对称分束偏光棱镜，包括一块等腰三棱镜和一块直角三棱镜，等腰三棱镜的三个面均为通光面，直角三棱镜的通光面为一直角面和斜面，两棱镜通光面通过树脂胶、光胶或空气隙胶合在一起，形成直角棱台结构，其特征在于：等腰棱镜顶角为45°且材质为H-BaK7玻璃，直角棱镜一锐...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩培高，闫玉甫，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37