偏振分束器及其制备方法、偏振分束方法技术

一种偏振分束器及其制备方法、偏振分束方法，该偏振分束器包括：两个相同的道威棱镜，呈底面相对且相对称设置；以及多层光学薄膜，镀设于两个道威棱镜之间，其为按照高、低折射率交错形式堆叠而成；其中，平行于道威棱镜光轴方向入射至一道威棱镜的入射光，经道威棱镜传输后能够在多层光学薄膜的分界面处产生受抑内全反射和薄膜干涉以实现偏振分光，分别从两个道威棱镜平行输出s、p分量出射光。本发明专利技术实现了紫外到近红外波段整个波段的高偏振消光比，具有输入、输出对称的优点，可应用于偏振光纤器件。

Polarization beam splitter and its preparation method, polarization beam splitting method

A polarizing beam splitter and its preparation method and polarizing beam splitting method, the polarizing beam splitter includes: two identical Daowei prisms, which are arranged symmetrically at the bottom; and a multilayer optical film, which is plated between the two Daowei prisms, which is stacked in the form of high and low refractive index interlacing; wherein, an input parallel to the optical axis direction of Daowei prism is incident to a Daowei prism After transmission through the prism, the light can produce suppressed internal total reflection and film interference at the interface of the multilayer optical film to realize polarization beam splitting, and the light can be emitted from the s and P components of the two Dawei prisms in parallel. The invention realizes the high polarization extinction ratio of the whole wave band from the ultraviolet to the near infrared wave band, has the advantages of symmetrical input and output, and can be applied to the polarization optical fiber device.

【技术实现步骤摘要】
偏振分束器及其制备方法、偏振分束方法
本专利技术属于基础光学元件
，尤其涉及一种偏振分束器及其制备方法、偏振分束方法，对从紫外到近红外波段的宽波段可行，且具有高偏振消光比。
技术介绍
偏振器和偏振分束器都是广泛使用在光学仪器，激光器，电光显示器，光学记录仪等中的光学元件。在偏振器中仅传输和使用反射光，而在偏振分束器(PBS)中透射光和反射光同样重要。原则上，任何物理和化学上的对非偏振光的正交分量产生的不同影响，都可以用作PBS的构造。现存利用布鲁斯特(Brewster)角效应、双折射效应、薄膜干涉、光吸收等等现象单独或联合使用构造出各种形式的偏振分束器。国内外主要使用的有以下几种，分别列出了其特点和缺点：1.双折射(Birefringent)偏振分束器，基于双折射和全反射，具有很好的性能，带宽从紫外到近红外，对反射光和透射光的消光比都很高，缺点是价格比较昂贵，且受到尺寸的限制；2.线栅(Wiregrid)偏振分束器，基于衍射，带宽从红外到远红外，透射光和反射光的消光比不高，最大的缺点是只能对红外区可行；3.薄膜偏振分束器(Thinfilmplate-cube)，基于薄膜干涉，缺点是带宽很窄。因此，对于理想PBS带宽宽，视角大，对反射光、折射光都有高消光比的要求，只有基于双折射的偏振分束器符合较好，可是其价格昂贵，受尺寸限制。因此目前仍存在对高性能PBS的需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种偏振分束器及其制备方法、偏振分束方法，以期至少解决上述技术问题中的至少之一。作为本专利技术的一个方面，提供了一种偏振分束器，包括：两个相同的道威棱镜，呈底面相对且相对称设置；以及多层光学薄膜，镀设于所述两个道威棱镜之间，其为按照高、低折射率交错形式堆叠而成；其中，平行于道威棱镜光轴方向入射至一道威棱镜的入射光，经所述道威棱镜传输后能够在所述多层光学薄膜的分界面处产生受抑内全反射和薄膜干涉以实现偏振分光，分别从两个道威棱镜平行输出s、p分量出射光。作为本专利技术的另一个方面，提供了一种如上所述的偏振分束器的制备方法，包括以下步骤：将多层光学薄膜划分为两部分，分别镀于两个道威棱镜的底面上；将两个镀膜的道威棱镜底面相对，通过胶合或键合工艺组装成所述偏振分束器。作为本专利技术的再一个方面，提供了一种利用如上所述的偏振分束器的偏振分束方法，包括以下步骤：使光束平行于一道威棱镜的光轴方向，自所述道威棱镜的入射面入射，所述光束经所述道威棱镜传输至多层光学薄膜处，在所述多层光学薄膜的分界面处产生受抑内全反射和薄膜干涉，使得p分量被反射而自所述道威棱镜的出射面出射，s分量被透射而自另一道威棱镜的出射面出射，分别获得平行于所述光轴方向的p分量和s分量出射光。作为本专利技术的又一个方面，提供了一种偏振光纤器件，包括：如上所述的偏振分束器；多个光纤准直器，分别耦合至所述偏振分束器的输入端和输出端。基于上述技术方案，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术提出了一种高性能的偏振分束器(PBS)，采用道威棱镜结构使得在光学薄膜处的入射角大于全反射角，基于受抑内全反射和薄膜干涉，实现偏振分光。(2)本专利技术提供的偏振分束器是非吸收的、宽带的、广角的，并具有在反射光和透射光中的高偏振消光比：在紫外到近红外波段整个波段的偏振消光比始终维持在1000∶1以上，并且在可见和红外波段可以达到10000∶1以上。(3)本专利技术提供的偏振分束器的尺寸较为灵活，具有输入、输出对称的优点，便于与光纤耦合，可应用于偏振光纤器件。附图说明图1是本专利技术偏振分束器的组成结构示意图；图2是本专利技术偏振分束器的薄膜结构简化图；图3是本专利技术偏振分束器的部分组成部件；图4是本专利技术实施例1透明基底折射率随波长的变化曲线；图5是本专利技术实施例1高折射率薄膜折射率随波长变化曲线；图6是本专利技术实施例1低折射率薄膜折射率随波长变化曲线；图7是本专利技术实施例1的反射光中s分量(Rs)随波长的变化曲线；图8是本专利技术实施例1的透射光中p分量(Tp)随波长的变化曲线；图9是本专利技术实施例1光学薄膜膜厚发生微小变化后Rs随波长变化曲线；图10是本专利技术实施例1光学薄膜膜厚发生微小变化后Tp随波长变化曲线；图11是本专利技术实施例2高折射率薄膜的折射率曲线；图12是本专利技术实施例2的Rs随波长变化曲线；图13是本专利技术实施例2的Tp随波长变化曲线；图14是本专利技术实施例3的Rs随波长变化曲线；图15是本专利技术实施例3的Tp随波长变化曲线。上述附图中，附图标记含义如下：A-多层光学薄膜；B、C-Dove棱镜；D、E、F-膜层；S1-入射面；S2、S3—出射面。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提供了一种偏振分束器及其制备方法、偏振分束方法，基于受抑内全反射，借助道威棱镜和薄膜干涉，突破传统极限，实现了从紫外到近红外波段的宽波段，且具有高消光比的偏振分束器。并且具有输入输出对称，便于光纤耦合的特点。图1是本专利技术偏振分束器的基本组成示意图。可以看出本专利技术采用的是一种“三明治”结构。本专利技术的偏振分束器包括完全相同的透明基底道威(Dove)棱镜B、C和多层光学薄膜A。Dove棱镜B、C底面相对且相对称设置；多层光学薄膜A镀设于Dove棱镜B、C之间，按照高、低折射率交错形式堆叠，此处“高”、“低”代表相邻两层光学薄膜的折射率之间的相对大小。光束平行于Dove棱镜光轴的入射，被Dove镜入射面S1折射后，光束偏转向多层光学薄膜A方向传播，在多层光学薄膜A的分界面处产生受抑内全反射和薄膜干涉，从而在多层光学薄膜A上光束的P分量被反射，而S分量透射，最终分别经过Dove棱镜出射面S2、S3的折射，获得平行于Dove棱镜光轴的P分量和S分量出射光。选取的Dove棱镜外形像是被削去顶角的等腰直角棱镜。Dove棱镜B、C的折射率介于多层光学薄膜A的最高折射率和最低折射率之间，作为优选，Dove棱镜的选取应当尽量满足其中n0为Dove棱镜材料折射率，n1、n2分别为多层介质薄膜的最高折射率和最低折射率。基于此，Dove棱镜需要选取高射射率材料，其折射率n0一般要大于1.7以上，例如高折射率玻璃、Al2O3、硅或锗等。本专利技术的多层光学薄膜结构是由多层不同折射率的介质薄膜构成，图2是本专利技术偏振分束器的薄膜结构简化图，以2种不同折射率的介质薄膜按折射率高低交错堆叠为例，图中仅标注了其中三层膜层，分别记为膜层D、E、F，其中膜层D折射率为n1，膜层E折射率为n2，膜层F折射率为n1，并且满足关系n1＞n2，整个薄膜是这种高低折射率相间的结构，层数一般为数十层。光学薄膜材料以及Dove棱镜材料的折射率需要满足n1＞n0＞n2条件，从而满足受抑内全反射条件。当然，在其他实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种偏振分束器，包括：/n两个相同的道威棱镜，呈底面相对且相对称设置；以及/n多层光学薄膜，镀设于所述两个道威棱镜之间，其为按照高、低折射率交错形式堆叠而成；/n其中，平行于道威棱镜光轴方向入射至一道威棱镜的入射光，经所述道威棱镜传输后能够在所述多层光学薄膜的分界面处产生受抑内全反射和薄膜干涉以实现偏振分光，分别从两个道威棱镜平行输出s、p分量出射光。/n

【技术特征摘要】
1.一种偏振分束器，包括：
两个相同的道威棱镜，呈底面相对且相对称设置；以及
多层光学薄膜，镀设于所述两个道威棱镜之间，其为按照高、低折射率交错形式堆叠而成；
其中，平行于道威棱镜光轴方向入射至一道威棱镜的入射光，经所述道威棱镜传输后能够在所述多层光学薄膜的分界面处产生受抑内全反射和薄膜干涉以实现偏振分光，分别从两个道威棱镜平行输出s、p分量出射光。


2.根据权利要求1所述的偏振分束器，其特征在于，所述道威棱镜的折射率介于多层光学薄膜的最高折射率和最低折射率之间；
作为优选，其中n0为道威棱镜材料折射率，n1、n2分别为多层介质薄膜的最高折射率和最低折射率。


3.根据权利要求1所述的偏振分束器，其特征在于，所述道威棱镜的底面为达到λ/10量级的光学面型，其中λ为偏振器件工作的典型波长。


4.根据权利要求1所述的偏振分束器，其特征在于，所述多层光学薄膜包括2至3种不同折射率的膜材料，膜层数介于10至200层之间。


5.根据权利要求1所述的偏振分束器，其特征在于，所述多层光学薄膜在两个道威棱镜之间形成对称分布。


6.根据权利要求1所述的偏振分束器，其特征在于：
所述道威棱镜选用的材料为玻璃、Al2O3、硅或锗；
所述多层光学薄膜选用的材料为ZrO2/MgF2、Ta2O5/MgF...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔金明，张昊清，黄运锋，李传锋，
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