[发明专利]一种冰洲石与玻璃组合的偏光棱镜

说明书

技术领域

本发明属于光学元件的结构设计和材料选用领域，特别涉及一种冰洲石与玻璃组合的偏光棱镜。

背景技术

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。目前一般采用天然光学级冰洲石晶体制作偏振棱镜，但是天然的光学级冰洲石晶体资源日渐枯竭，价格昂贵，寻找替代冰洲石晶体或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。。

发明内容

本发明的目的在于通过新的棱镜设计，采用冰洲石和玻璃组合的方法，设计一种组合的偏光棱镜，降低50%的冰洲石晶体材料消耗，同时正向使用时可以实现起偏棱镜的功能，此时组合棱镜是起偏器，反向使用时可以实现偏光分束棱镜的功能，此时组合棱镜是偏振分束器。

H-QK3L玻璃是一种常见的光学窗口材料，作为一种光学玻璃，具有尺寸大、价格低的特点，其光学透过范围为290nm~2400nm，可以覆盖冰洲石在近紫外及可见光波段的透过范围，本发明选用H-QK3L玻璃的关键技术是其折射率色散曲线与冰洲石晶体非常光的主折射率色散曲线在近紫外及可见光波段近乎完美的重合，如图1所示；在与冰洲石晶体组合时，通过结构设计，可以使非常光近乎无折变的从冰洲石晶体进入玻璃或从玻璃进入冰洲石晶体；另一个关键技术是通过使用H-QK3L玻璃和对结构的设计，可以使组合棱镜具备双向使用的功能。

本发明采用的技术方案为两块直角棱镜通过树脂胶、光胶或空气隙胶合在一起，形成长方体结构，如图2和图3所示；所述的两直角棱镜材质分别为冰洲石晶体和H-QK3L玻璃；所述的冰洲石晶体为天然的光学级冰洲石晶体；所述的H-QK3L玻璃为光学玻璃，H-QK3L为光学领域对该玻璃的公认编号；所述的两直角棱镜的通光面均为一个直角面和一个斜面；所述的两直角棱镜通光面之间的结构角相同；所述的冰洲石直角棱镜中光轴的方向平行于通光直角面，垂直于非通光直角面，如图2所示，或冰洲石直角棱镜中光轴方向平行于通光斜面和两直角面，如图3所示。所述的组合棱镜具备双向使用的功能，正向使用时可以实现偏光棱镜的功能，如图4和图5所示，反向使用时可以实现偏光分束棱镜的功能，如图6和图7所示。

现有的偏光棱镜和偏光分束棱镜均由两块直角冰洲石晶体棱镜组成，并且偏光棱镜只能实现光束起偏和检偏的功能，偏光分束棱镜只能实现光束偏振分束的功能；本发明设计的冰洲石与玻璃组合的偏光棱镜比同规格的偏光棱镜减少50%的冰洲石晶体材料消耗，并且H-QK3L玻璃价格远比冰洲石晶体低廉，可以降低制造成本。

本发明设计的冰洲石与玻璃组合的偏光棱镜，采用的H-QK3L玻璃的透光范围完全可以覆盖近紫外和可见光的波段范围，完全符合棱镜的设计的要求。

冰洲石晶体光轴面的抛光较其他面的抛光困难，冰洲石晶体光轴面在抛光时很容易出现解理，裂出小的四面体，即业内俗称的“掉肉”现象，导致抛光表面出现麻点和划痕，影响表面抛光质量；常规的冰洲石偏振分束棱镜由两块直角冰洲石晶体棱镜胶合而成，如图8所示的冰洲石棱镜侧面图中，其中一块冰洲石直角棱镜的直角通光面即为光轴端面，导致其抛光难度较高；本发明设计的冰洲石与玻璃组合的偏光棱镜，通光面均不是光轴端面，不存在对冰洲石晶体光轴面的抛光难题，因此本发明设计的组合棱镜可以降低常规偏振分束棱镜抛光工艺的难度。

常规的冰洲石晶体棱镜只能实现某一单项功能，偏光棱镜只能实现起偏或者分束的功能，而本发明设计的组合棱镜正向使用时能实现起偏的功能，反向使用时能实现偏光分束的功能，具备双重功能，这是现有冰洲石晶体棱镜所不能实现的。

本发明的有益效果是：棱镜制作成本低，抛光工艺难度低，能够双向使用，并且不同使用方向能够实现不同的偏振功能。

附图说明：

图1为本发明采用的H-QK3L玻璃的折射率色散曲线与冰洲石晶体非常光主折射率色散曲线图，其中n_g为H-QK3L玻璃的折射率，n_e为冰洲石晶体非常光的主折射率；

图2为本发明的冰洲石与玻璃组合的偏光棱镜结构示意图，其中双向箭头代表冰洲石晶体光轴的方向；

图3为本发明的冰洲石与玻璃组合的偏光棱镜结构示意图，其中圆点表示方向垂直于纸面；

图4为本发明的冰洲石与玻璃组合偏光棱镜正向使用的光路示意图，其中双向箭头代表冰洲石晶体光轴的方向；