[发明专利]一种带参考光窗口的转向分束偏光棱镜

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，特别涉及到一种冰洲石与玻璃组合的带参考光窗口的转向分束偏光棱镜。

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，偏光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，主要起到偏振分光、检偏的作用，是各种光学偏振检测设备的关键元器件之一。因为冰洲石晶体的双折射率较大，所以目前一般采用冰洲石晶体制作偏光棱镜，但是天然的光学级冰洲石晶体资源日渐枯竭，而冰洲石晶体的人工生长技术至今尚未取得突破，因此，寻找替代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。

发明内容

基于以上问题，本发明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，设计冰洲石与玻璃组合的带参考光窗口的转向分束偏光棱镜，使棱镜同时具备将光束90°转向和偏振分束功能，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-QK3L玻璃为光学玻璃，是一种光学窗口材料，H-QK3L为光学领域根据国标GB/T903对该玻璃的公认编号，为H代表环保型无铅、砷、镉以及其他放射性元素，其中QK代表轻冕玻璃，L代表玻璃折射率与国标的标准值偏差的绝对值小于等于10^-3，H-QK3L玻璃作为一种光学玻璃，具备尺寸大、价格低的特点，其光学透过范围为290nm~2400nm，覆盖冰洲石晶体棱镜的透过范围，本发明选用H-QK3L玻璃的关键技术是H-QK3L玻璃的折射率色散曲线在290nm~1200nm范围内近乎完美的与冰洲石非常光（e光）主折射率色散曲线重合，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e光近乎无折变的通过，而寻常光（o光）通过棱镜时发生偏折，从而实现偏振分束。

现有的冰洲石与冰洲石组合的常规偏振棱镜在光轴加工精度和胶合精度方面有着极高的要求，若单块冰洲石三棱镜光轴定位有偏差，或者两块冰洲石三棱镜间胶合时存在光轴定位偏差，将导致偏振棱镜消光比的下降；本发明设计的偏振棱镜采用H-QK3L玻璃与冰洲石组合，因玻璃为光学各向同性，在与冰洲石组合时，无需考虑光轴的精确定位问题，极大的降低了棱镜加工、胶合的难度，保证了棱镜的消光比质量，使棱镜的消光比仅决定于选用的冰洲石晶体的质量。

本发明采用的技术方案为两块棱镜通过树脂胶、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-QK3L玻璃和冰洲石晶体；所述的冰洲石晶体为天然光学级冰洲石晶体；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下方直角面和上方斜面；所述的冰洲石直角棱镜中冰洲石晶体光轴方向平行于冰洲石直角棱镜下方通光直角面。

如图3所示，所述的两棱镜通光面间的结构角分别为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。

冰洲石直角棱镜中冰洲石晶体光轴方向有两种特殊取向，一种是光轴平行于通光斜面和两直角面（如图3（a）所示），以下称其为方案一，另一种是光轴平行于下方通光直角面且垂直于左侧非通光直角面（如图3（b）所示），以下称其为方案二，本发明所述的冰洲石直角棱镜中冰洲石晶体光轴的方向平行于冰洲石直角棱镜下方通光直角面，包含以上两种常用的特殊取向，但不限于这两种取向，只要光轴方向与下方通光直角面平行即可。

在常规纯冰洲石组合棱镜中，为了避免第一块冰洲石晶体中偏振分离的o、e光在通过第二块冰洲石晶体时出现o、e光分别再分束现象，导致出射偏振光消光比降低，冰洲石晶体光轴间夹角必须为特殊角0°或90°，即便如此，在斜入射情况下还是经常会出现一定程度的o、e光分别再分束现象；在本发明设计中，因为采用的是玻璃与冰洲石晶体的组合方式，仅用一块冰洲石晶体，偏振分离和偏振分束是在一块晶体内完成的，所以不会出现o、e光再分束现象，即使是斜入射情况下，亦不存在o、e光再分束现象，保证了偏振光束的消光比。