[发明专利]一种通过角锥棱镜和分光棱镜实现偏振退化的方法及装置

说明书

本发明公开一种通过分光棱镜和角锥棱镜实现偏振退化的方法及装置，该发明利用角锥棱镜的内表面全反射功能，入射面六个区域进入角锥棱镜后折射和反射的路径不同，造成不同区域的偏振入射光经过角锥棱镜反射后的偏振态不同，从而导致出射光的偏振度发生退化，即出射光退化成部分偏振光；同时利用了分光棱镜的分光及合束的功能，采用两个角锥棱镜分别对透过和反射光束自准退偏，两束自准光再经过分光棱镜合束出射，组合成一个固定收发一体的偏振光束退偏模块。该发明操作过程简单，光路搭建方便，同时对入射光波长没有要求，对复色光也可实现偏振退化,所需成本低廉。

技术领域

本发明涉及一种通过分光棱镜和角锥棱镜实现偏振退化的方法及装置，实现光束在空间领域的退偏，适用于成像光谱仪等偏振敏感的光学系统，可以减小入射光束偏振特性对测量的不利影响。

背景技术

在利用星载成像光谱仪对大气参量进行探测的过程中，大气辐射的偏振特性会影响大气探测精度。非偏振的太阳光经过大气层散射后,由于大气分子和气溶胶的瑞利散射作用,散射光中电矢量垂直分量和平行分量的振幅会发生变化,不再是各向同性的自然光,而成为偏振光或部分偏振光.用于空间遥感探测的成像光谱仪通常是偏振敏感的光学系统,这些系统的主要任务是准确测量大气光谱辐亮度,由于光谱仪中含有光栅、反射镜等偏振敏感元件,光学系统效率会随入射辐射的偏振特性而异。在光通信领域，随着光通信技术的日益普及，由光的偏振引起的损害逐渐引起重视，例如电光调制器中的偏振相关调制；接收机中的偏振相关相应。在医学领域，激光手术越来越普及，人体组织对激光束的吸收与入射到组织上的光束的偏振态有光，经实验表明在治疗时必须选用完全非偏振光；在工业领域，随着大功率激光器在钻孔、切割以及焊接等行业的广泛应用，人们发现激光束的偏振态起着重要作用，激光加工的最佳光束为完全非偏振光，因此需要使用退偏器件将偏振光束的偏振态进行一定程度的退化。

传统退偏器通常利用液晶聚合物或者石英光楔，不同部分的光束通过退偏器时经过的光程不同，产生不同的相位延迟，出射光束具有不同的偏振态，在空域形成退偏光束，对入射光束的大小和能量有一定要求。本发明发明通过分光棱镜和角锥棱镜实现偏振退化的装置利用了入射在角锥棱镜不同区域的光束折射和反射的路径不同，各个区域偏振态产生的变化不同，光斑大小能覆盖角锥棱镜中心区域，光束能量在器件损伤阈值下即可，对光斑大小和光束能量要求较低。该装置由两块错位放置的角锥棱镜和一块分光棱镜组成，对光波长没有要求，在所用器件允许的波长内可进行复色光的偏振退化。。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过分光棱镜和角锥棱镜实现偏振退化的方法及装置，该方法可以使入射光束的偏振态在空间范围上发生退化。

本发明装置如附图1所示：

偏振光源1出射一种状态的标准偏振光，偏振光束首先经过分光棱镜2，一部分透射进入角锥棱镜A3-1，另一部分反射进入角锥棱镜B3-2，探测器6可同时接收到来自角锥棱镜A3-1和角锥棱镜B3-2的入射光。

本发明装置可以用于，该方法的原理及步骤如下：

1、角锥棱镜偏振退化工作原理：

如附图2所示，角锥棱镜的工作表面可在中心每六十度等分为6个区域，每个区域分别以a，b，c，d，e，f表示，每个区域的光线入射后在对角区域出射。理想的角锥棱镜可使入射光与出射光平行。角锥棱镜的通光面为ABC，O为角锥棱镜的顶点，AO、BO、CO分别为角锥棱镜的三条直角棱。光线进入角锥棱镜后经过两次折射和三次反射，偏振态变化较为复杂，为了简化分析采用琼斯矩阵描述角锥棱镜对光线偏振态的影响。以角锥棱镜的ABC面为垂直于光线传播方向的平面，以一定偏振态入射在a区域的光线Ⅰ，首先经过折射后入射在分光棱镜的AOC面，然后反射到分光棱镜的AOB面，再次反射到分光棱镜的BOC面，最后经过折射后出射光线Ⅰ′在对角d区域沿与入射光线相同的角度出射。