基于偏振分光镜的分光装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于偏振分光镜的分光装置，包括偏振分光镜、二分之一波片、全反射镜和中性分束镜，利用偏振分光镜的偏振分光特性，将一束非偏振光分成两束偏振光，同时利用二分之一波片改变其中一束光的偏振特性，利用中性分束镜，达到分束的目的，再利用全反射镜改变光传播方向。最终获得了偏振相同、光强相同、方向平行的多束线偏振激光输出。本发明专利技术解决了照明和投影显示系统中单束光难以获得大范围照明面积的问题。该装置结构简单，运行稳定，适用于需要通过扩大照明面积，提高匀场显示效果的显示系统。投影显示系统很多都工作在偏振光模式，而本装置正好实现了偏振输出，符合了很多投影显示系统的工作要求，因此可以简化系统，降低成本。

【技术实现步骤摘要】
基于偏振分光镜的分光装置
本专利技术涉及激光照明、显示领域，特别是应用于激光照明、激光显示及以相干光为光源的光学设备与仪器，具体为一种基于偏振分光镜的分光装置。
技术介绍
激光显示技术以其色域宽广、亮度高、饱和度高以及可以更真实再现自然界多姿多彩的颜色世界等优点日益受到人们的关注。在激光显示中常常需要把激光光束转换成特定形状且强度均匀的光束。常常需要用到复眼照明系统与X分光镜，但X分光镜交叉位置对应的像面上会形成一条暗场区域。在CN205353467U专利中采用了分光的解决办法，将原光路划分为四条光路，合理的弥补了X分光镜在投影系统中画面屏幕中心出现暗条纹的缺陷，已经获得了良好的显示效果。不过该专利只是简单把入射光分为若干个区域入射，每束光光学性质可能不同，所以显示效果可以进一步提高。而本装置将一束光通过简单结构分成四束光，每束光光强，波长，偏振等光学性质完全一致，进一步提高了匀场显示效果。此外本装置可以直接和光学衍射元件(DOE)联用，可以输出面积可调的矩形光斑，可以提高复眼透镜覆盖率，也进一步提高了匀场效果，另外DOE代替了透镜扩束系统，降低了系统成本。无论在激光显示还是激光照明的应用中，常常需要通过扩大照明面积来获得良好的照明和匀场效果，而传统利用单束光进行扩束的方法，例如望远镜扩束系统，随着倍率的提高，尺寸会变得很大，不利于制作和使用，而且效果常常不够理想。而本装置通过简单的光学器件，合理的光路结构，可以获得很大的照明面积，且装置各器件之间距离可调，方便与很多光学系统配合使用。投影显示系统，特别是液晶投影与LCOS投影显示系统，都工作在偏振光模式，而传统的照明光源均为非偏振光源，所以常常需要和偏振转换器(PCS)联用。本装置直接实现了线偏振光输出，不需要偏振转换器(PCS)，能量利用率得到提高，同时也降低了光学系统的成本。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于偏振分光镜的分光装置，它以简单的结构，扩大了照明面积，获得良好的匀场效果，而且获得线偏振光输出，可以在激光照明、激光显示等领域获得很多应用。本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种基于偏振分光镜的分光装置，包括分光组件，所述分光组件包括偏振分光镜、二分之一波片、全反射镜I、中性分束镜I、全反射镜II、中性分束镜II和全反射镜III；入射光进入偏振分光镜，被分成两束光，反射光为S偏振光，透射光为P偏振光；S偏振光进入到二分之一波片被转换成P偏振光，再由全反射镜I反射，进入中性分束镜I再被分成两束光，其中反射光再经过全反射镜II反射，使方向调整到与透射光一致；P偏振光直接进入中性分束镜II被分成两束光，其中反射光再经过全反射镜III反射，使方向调整到与透射光一致，最终获得了偏振相同，光强相同，方向平行的四束线偏振激光输出。其中，二分之一波片与偏振分光镜胶合在一起。其中，建立直角坐标系，全反射镜I、全反射镜II和全反射镜III角度都可调，调整全反射镜I位置至垂直于XOZ平面，与X轴、Z轴分别成45°夹角，调整全反射镜II和全反射镜III位置至垂直于XOY平面，与X轴、Y轴负向分别成45°夹角。其中，中性分束镜I和中性分束镜II透射和反射比为50/50。其中，中性分束镜I和中性分束镜II角度也可调，调整中性分束镜I和中性分束镜II位置至垂直于XOY平面，与X轴、Y轴负向分别成45°夹角，与全反射镜II和全反射镜III平行。其中，偏振分光镜与全反射镜I由机械结构连接，距离可调以满足不同光学系统需要。其中，全反射镜I与中性分束镜I由机械结构连接，距离可调以满足不同光学系统需要。其中，中性分束镜I与全反射镜II由机械结构连接，距离可调以满足不同光学系统需要。其中，偏振分光镜与中性分束镜II由机械结构连接，距离可调以满足不同光学系统需要。其中，中性分束镜II与全反射镜III由机械结构连接，距离可调以满足不同光学系统需要。其中，通过增加中性分束镜III，全反射镜IV，中性分束镜IV和全反射镜V，并将它们调整到合适的位置，可以获得六束、八束甚至更多束光，进一步扩大了照明面积。本专利技术可以通过改变二分之一波片与偏振分光镜胶合位置得到不同偏振光输出态。若二分之一波片胶合在偏振分光镜出射S偏振光的面上，可以获得P偏振光输出；若二分之一波片胶合在偏振分光镜出射P偏振光的面上，可以获得S偏振光输出。二分之一波片在一定的波长范围内，都可以实现偏振态旋转90°。全反射镜和中性分束镜都不会改变P偏振光和S偏振光的偏振态。中性分束镜可以保证在一定波长范围内，不同波长光的透射反射比保持不变。工作时，入射光垂直进入偏振分光镜，以夹角45°入射到偏振膜上，被分成两束线偏振光，反射光为偏振方向垂直于入射面的线偏振光，简称S偏振光，透射光为偏振方向平行于入射面的线偏振光，简称P偏振光，如图3所示。S偏振光向上直接进入到二分之一波片被转换成P偏振光，再向上以45°入射到全反射镜I上，由其反射，使光线传播方向变为水平方向，再以45°入射到中性分束镜I，被分成两束光，一束是反射光一束是透射光，其中反射光再由全反射镜II反射，使方向调整到与透射光平行，这里在同一水平面上获得了两束光；而直接由偏振分光镜出射的P偏振光，直接进入中性分束镜II被分成两束光，其中反射光，再由全反射镜III反射，使方向调整到与透射光平行，这里的装置结构与上水平面的装置结构完全一致，这里也获得了两束光。最终由一束非偏振光获得了偏振相同，光强相同，方向平行的四束线偏振激光输出，扩大了照明面积。而且整个装置各器件之间距离可调，可以适应不同光学系统的需要。以上是以最终获得四束P偏振光为例，其实只要把二分之一波片与偏振分光镜胶合的位置变换到直接透射P偏振光的那一面，其他结构不变。最终就能获得四束S偏振光。本专利技术具有以下优点：1.照明面积大：与利用单束光直接进行扩束的方法相比获得的照明面积要大的多，传统的单束光扩束装置复杂，效果也不理想，扩大照明面积有利于提高匀场效果。2.激光利用效率高：直接将非偏振光装换为偏振光将至少损失50％的能量，而本装置通过对另一路偏振光简单转换，使得能量利用率得到提高。3.对光源偏振无要求：一束非偏振光，经过该装置可以转换成P偏振光或者S偏振光。4.结构合理，器件简单，成本低廉，易于加工与安装。5.整个装置具有可调结构，满足各种光学系统的需要。6.装置中各组成部分均可实现长时间，连续稳定工作，性能稳定，安全可靠。本专利技术利用偏振分光镜的偏振分光特性，利用二分之一波片，全反射镜，中性分束镜等简单器件，由单束非偏振光获得了偏振相同，光强一致，方向平行的四束线偏振光，扩大了照明面积，容易获得优质的匀场效果。而且各器件之间距离可调，可以满足了不同光学系统的需要，装置结构简单，运行稳定，成本低廉，在显示和照明
，应用前景广阔。附图说明图1为本专利技术P偏振分光装置示意图。图2为本专利技术S偏振分光装置示意图。图3为偏振分光镜分光示意图。图4为光学衍射元件(DOE)与准直透镜联用的示意图。图5为本专利技术分光装置与光学衍射元件(DOE)联用的结构示意图。图6为本专利技术获得六束P偏振光装置示意图。图中附图标记含义为：101为偏振分光镜，102为二分之一波片，103为全反射镜I，104为中性分束镜I，105为全反射镜II，106为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于偏振分光镜的分光装置，其特征在于：包括分光组件，所述分光组件包括偏振分光镜(101)、二分之一波片(102)、全反射镜I(103)、中性分束镜I(104)、全反射镜II(105)、中性分束镜II(106)和全反射镜III(107)；入射光进入偏振分光镜(101)，被分成两束光，反射光为S偏振光，透射光为P偏振光；S偏振光进入到二分之一波片(102)被转换成P偏振光，再由全反射镜I(103)反射，进入中性分束镜I(104)再被分成两束光，其中反射光再经过全反射镜II(105)反射，使方向调整到与透射光一致；P偏振光直接进入中性分束镜II(106)被分成两束光，其中反射光再经过全反射镜III(107)反射，使方向调整到与透射光一致，最终获得了偏振相同，光强相同，方向平行的四束线偏振激光输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于偏振分光镜的分光装置，其特征在于：包括分光组件，所述分光组件包括偏振分光镜(101)、二分之一波片(102)、全反射镜I(103)、中性分束镜I(104)、全反射镜II(105)、中性分束镜II(106)和全反射镜III(107)；入射光进入偏振分光镜(101)，被分成两束光，反射光为S偏振光，透射光为P偏振光；S偏振光进入到二分之一波片(102)被转换成P偏振光，再由全反射镜I(103)反射，进入中性分束镜I(104)再被分成两束光，其中反射光再经过全反射镜II(105)反射，使方向调整到与透射光一致；P偏振光直接进入中性分束镜II(106)被分成两束光，其中反射光再经过全反射镜III(107)反射，使方向调整到与透射光一致，最终获得了偏振相同，光强相同，方向平行的四束线偏振激光输出。2.根据权利要求1所述的基于偏振分光镜的分光装置，其特征在于：二分之一波片(102)与偏振分光镜(101)胶合在一起。3.根据权利要求1所述的基于偏振分光镜的分光装置，其特征在于：建立直角坐标系，全反射镜I(103)、全反射镜II(105)和全反射镜III(107)角度都可调，调整全反射镜I(103)位置至垂直于XOZ平面，与X轴、Z轴分别成45°夹角，调整全反射镜II(105)和全反射镜III(107)位置至垂直于XOY平面，与X轴、Y轴负向分别成45°夹角。4.根据权利要求1所述的基于偏振分光镜的分光装置，其特征在于：中性分束镜I(104)和中性分束镜II(106)...

【专利技术属性】
技术研发人员：董天浩，顾春，许立新，颜珂，李根，方昱玮，王贯，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34