一种三输出90°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，特别涉及到冰洲石与玻璃组合的三输出90

Three output 90 directional symmetrical beam splitting polarizing prism

The structure design and the material of the invention belongs to the optical element selection field, in particular to a three output of Iceland and the combination of the 90 glass

【技术实现步骤摘要】
一种三输出90°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，特别涉及到冰洲石与玻璃组合的三输出90o转向对称分束偏光棱镜。
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，以及提高单只棱镜的功能集成，就成为研究热点。
技术实现思路
基于以上问题，本专利技术的目的在于通过新的棱镜结构设计和材料选择，采用冰洲石晶体和玻璃组合的方法，设计玻璃与冰洲石组合的三输出90o转向对称分束偏光棱镜，使棱镜同时具备将光束90°转向和对称分束功能，而且提供可用于光源状态监控的第三束出射参考光，实现单只组合棱镜的多功能集成，同时降低冰洲石晶体材料的消耗。H-BaK7玻璃为光学玻璃，是一种光学窗口材料，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，覆盖冰洲石晶体的透过范围（350nm~2300nm），本专利技术选用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1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。本专利技术采用的技术方案为两棱镜通过树脂胶、光胶或者空气隙胶合在一起，形成不规则棱体结构，如图2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，其中BaK代表钡冕玻璃，H代表环保型无铅、砷、镉以及其他放射性元素；所述的冰洲石晶体为天然光学级冰洲石晶体；如图3所示，所述的截面为不规则四边形棱镜的通光面为左侧入射端面和下方出射斜面以及右侧参考光出射斜面，上方全反射斜面也是抛光面；所述直角棱镜的通光面为一直角面和斜面；所述的冰洲石直角棱镜的光轴方向平行于通光斜面和两直角面；所述的两棱镜通光面的结构角分别为S2、S3和S4，结构角之间的关系为：（1）（2）所述的组合棱镜另一结构角S1恒为45°，其目的是使光束全反射，实现90°转向。根据折射定律可以得到图3中所示的偏振分束后的两光束与竖直方向夹角θ1、θ2，以及组合棱镜的分束角Δ和对称分束偏差δ：（3）（4）（5）（6）。一种常规的冰洲石双反射偏光分束棱镜结构及光路图如图4所示，由两块冰洲石晶体棱镜组成；本专利技术设计的玻璃与冰洲石组合的三输出90o转向对称分束偏光棱镜比同规格的冰洲石双反射偏光分束棱镜减少约70%的冰洲石晶体材料使用量，这在冰洲石晶体尤其是大块晶体日渐稀少的现在，具有重要的意义，同时H-BaK7玻璃价格远比冰洲石晶体低廉，可以降低单只棱镜的制造成本；本专利技术设计所采用的H-BaK7玻璃透光范围覆盖冰洲石晶体棱镜的透光范围，因此本专利技术设计的组合棱镜覆盖常规冰洲石双反射偏光分束棱镜的适用波长范围；图5为根据折射定律计算出的在结构角相同且S2为45°的情况下，图4中所示的常规冰洲石双反射偏光分束棱镜与本专利技术所述的冰洲石与H-BaK7玻璃组合棱镜分束对称性情况的比较，可以看到，本专利技术设计的组合棱镜对称分束性能要极大的优于结构角相同的冰洲石双反射偏光分束棱镜，在300~2000nm的宽波段内，本专利技术设计的组合棱镜对称分束偏差平均仅为冰洲石双反射偏光分束棱镜对称分束偏差的五分之一。光束从组合棱镜左侧端面垂直入射，在H-BaK7玻璃棱镜的上方反射面全反射后转向90°，然后在H-BaK7玻璃棱镜下方界面上发生折射和反射，因H-BaK7玻璃棱镜右侧通光面与下方通光面夹角S4设定为与冰洲石直角棱镜结构角S2相等，由反射定律可知，反射光束垂直H-BaK7玻璃棱镜右侧端面出射，该反射光束可以作为参考光束，对光源的状态进行实时监测，或者根据监测数据进一步的对光源进行反馈控制；因为该参考光束为光源光束经过一次垂直端面入射、两次反射、一次垂直端面出射后形成，中间无斜角折射的情况，所以该参考光束具有面型与光源一致，无畸变的优点。本专利技术的有益效果是：节省冰洲石晶体资源，降低棱镜制作成本，分束对称性能好，将光束的转向、对称分束和提供无面型畸变参考光三个功能集于一身，保持好的光束偏振质量，节约光路空间，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2为本专利技术玻璃与冰洲石组合的三输出90o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3为本专利技术玻璃与冰洲石组合的三输出90o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为常规冰洲石双反射偏光分束棱镜的结构及光路图，其中双向箭头表示冰洲石晶体光轴的方向平行于纸面，圆点表示方向垂直于纸面；图5为本专利技术玻璃与冰洲石组合的三输出90o转向对称分束偏光棱镜与相同S1、S2、S3结构角的常规冰洲石双反射偏光分束棱镜对称分束偏差的对比曲线图，其中结构角S2=45°，δ表示本专利技术组合棱镜的对称分束偏差，δb表示常规冰洲石双反射偏光分束棱镜对称分束偏差。具体实施方式：实施例一：如图3所示，两棱镜的结构分别为截面为不规则四边形棱镜和直角棱镜，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=36.00°，S3=126.00°，S4=36.00°；取入射光波长为632.8nm，此时，H-BaK7玻璃的折射率为1.56670，冰洲石晶体的非常光主折射率为1.48515，寻常光主折射率为1.65567，光线从H-BaK7玻璃棱镜左侧端面垂直入射，在上反射面上全反射后90°转向到竖直向下方向，在H-BaK7玻璃和空气隙界面上发生折射和反射，其中反射光从H-BaK7玻璃棱镜右侧通光面垂直表面出射，形成参考光，折射光穿过空气隙到达空气隙和冰洲石界面，发生双折射分束，两光束在冰洲石直角棱镜的下方通光直角面上折射入空气，分束角进一步扩大；根据折射定律，依据公式（3）~（6），可以计算得出冰洲石与玻璃组合的三输出90o转向对称分束偏光棱镜的分束角为7.10°，对称分束偏差为0.20°，该数值是相同S1、S2、S3结构角（即S1=45.00°，S2=36.00°，S3=126.00°）的常规冰洲石双反射偏光分束棱镜对称分束偏差的1/2。实施例二：如图3所示，组合棱镜的结构分别为一截面为不规则四边形棱镜和一直角棱镜，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=46.63°，S3=136.63°，S4=46.63°，取入射光波长为365.0nm，此时，H-BaK7玻璃的折射率为1.59418，冰洲石晶体的非常光主折射率为1.50190，寻常光主折射率为1.69本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玻璃与冰洲石组合的三输出90

【技术特征摘要】
1.一种玻璃与冰洲石组合的三输出90o转向对称分束偏光棱镜，包括一块截面为不规则四边形的棱镜和一块直角棱镜，截面为不规则四边形棱镜的通光面为左入射端面、下出射斜面和右出射斜面，直角棱镜的通光面为一直角面和斜面，两棱镜的一对通光面斜面通过树脂胶、光胶或空气隙胶合在一起，其特征在于：所述的截面为...

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