專利名稱：一種偏振分束棱鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及輸出光路相互平行的e光和o光偏振分束棱鏡。
技術(shù)背景 在常規(guī)偏振光學(xué)中，如圖1和圖2所示，通常通過兩種常見方法將一束光分解 為相互平行o光和e光。
如圖1所示，利用雙折射晶體的work-off角，使o光和e光分開。問題是目前存在的最 大折射率差值的雙折射晶體，如釩酸釔和金紅石，work-off角約6° ，相當于10mm長的晶體， o光和e光分離僅lmm。這樣，對大光斑如10mm直徑，則需100咖長晶體才能分開，這顯然 是一種不太現(xiàn)實方法。
如圖2所示，采用雙PBS (偏振分光棱鏡)，這樣可較輕松分開較大距離，但由于采用鍍 膜產(chǎn)生分成偏振分光，其消光比較低。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的主要目的在于提供一種可較輕松將相互平行輸出的o光和e光分 開較大距離并獲得較髙消光比，且成本較低的偏振分束棱鏡。
為實現(xiàn)上述主要目的，本實用新型的結(jié)構(gòu)是將一片兩光學(xué)面相互平行的雙折射晶體薄片 設(shè)置在一個平行四邊形形狀的上光學(xué)玻璃或晶體棱鏡和一個三角形形狀的下光學(xué)玻璃或晶體 棱鏡之間，雙折射晶體薄片的相互平行的兩光學(xué)面同時平行于上光學(xué)玻璃或晶體棱鏡的一個 光學(xué)面和下光學(xué)玻璃或晶體棱鏡的斜光學(xué)面，這三個光學(xué)元件相互平行的光學(xué)面通過光膠相 互粘結(jié)，該雙折射晶體薄片的光軸方向為除入射光線方向的任意方向；該上、下光學(xué)玻璃或 晶體棱鏡的折射率n近似等于該雙折射晶體薄片的e光折射率ru和o光折射率n。中的最大值; 上光學(xué)玻璃或晶體棱鏡與雙折射晶體薄片相互平行的光學(xué)面與光入射面的夾角e使入射光在 雙折射晶體薄片面上的入射角0 '〉全反射臨界角e。，當ru〉n。時， -arcsin (仏/仏)， 當n?！祅e時，-。=arcsin(/7e / "。)；該偏振分束棱鏡的輸出光為兩路偏振光且光路相互平
行°
以n?！祌u為例，此時sin0。， 6 > e。，相對雙折射晶體薄片為e光的分量在上光
學(xué)玻璃或晶體棱鏡內(nèi)被兩次全反射，而相對雙折射晶體薄片為o光的分量則穿過雙折射晶體 薄片，再通過下光學(xué)玻璃或晶體棱鏡，這樣就可獲得光路分離且相互平行的o光和e光。
其中直線穿過的o光可以獲得較高消光比，它同,射晶,片的最高消光比有相同數(shù)量級。 而n和n?？梢暂^接近，但有一定差值時，部分o光則同e光被反射。由于o光的反射率為[(n。 -n)/(n。+n)]2，如設(shè)雙折射晶體薄片的n。=l. 7301，光學(xué)玻璃材料的折射率n為1. 71，則o光
的反射率為
。.7301-U1、3.4X10—5。通過在眾多光學(xué)材料中適當選擇，可以使o光反射率
-1.7301 + 1.71, 很小很小，從而使e光分量的消光比同樣較高。
因此，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點
1、 相互平行輸出的o光和e光可分開較大距離，可用于較大尺寸的分束棱鏡；
2、 可獲得較高消光比的相互平行輸出的o光和e光；
3、 成本較低由于釆用雙折射晶體薄片，同時采用較廉價的光學(xué)玻璃或晶體棱鏡，整體
成本較低。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的詳述 圖1是本實用新型的現(xiàn)有技術(shù)一的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實用新型的現(xiàn)有技術(shù)二的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本實用新型的實施例1結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本實用新型的實施例2結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本實用新型的實施例3結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本實用新型的實施例4結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是本實用新型的實施例5結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8是本實用新型的實施例6結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9是本實用新型的實施例7結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
請參閱圖3~圖5所示，本實用新型是將一片兩光學(xué)面相互平行的雙折 射晶體薄片2，設(shè)置在一個平行四邊形形狀的上光學(xué)玻璃或晶體棱鏡1和一個三角形形狀的 下光學(xué)玻璃或晶體棱鏡3之間，上、下光學(xué)玻璃或晶體棱鏡的折射率為n。上光學(xué)玻璃或晶 體棱鏡1的光學(xué)面11 〃12， 13〃 14且13〃雙折射晶體薄片2的光學(xué)面21〃下光學(xué)玻璃或晶 體棱鏡的斜光學(xué)面32，這三個光學(xué)元件相互平行的光學(xué)面通過光膠相互粘結(jié)，形成輸出光為 兩路偏振光且光路相互平行的偏振分束棱鏡。
在這里，上光學(xué)玻璃或晶體棱鏡與雙折射晶體薄片相互平行的光學(xué)面與光入射面的夾角 0使入射光在雙折射晶體薄片面上的入射角e ' >全反射臨界角e 。，假設(shè)光在入射面上的入 射角為a，則0和9 '有如下關(guān)系
a. 若光垂直器件入射面入射，即a =0，則0 ' = 0 ;
b. 若光入射方向指向晶體薄片光學(xué)面，由于在入射面發(fā)生折射，所以<formula>formula see original document page 5</formula>c.若光入射方向背離晶體薄片光學(xué)面，同樣在入射面發(fā)生折射，此時
<formula>formula see original document page 5</formula>
雙折射晶體薄片2的e光折射率rie和o光折射率n。為n。>ne，上光學(xué)玻璃或晶體棱鏡1 光學(xué)面14與光學(xué)面11的夾角9》《o， sin^ ，相對雙折射晶體薄片2為e光的分量
在上光學(xué)玻璃或晶體棱鏡1內(nèi)被光學(xué)面M全反射，再被光學(xué)面13全反射，而相對雙折射晶 體薄片2為o光的分量則穿過雙折射晶體薄片2，再通過下光學(xué)玻璃或晶體棱鏡3，這樣就可 獲得光路分離且相互平行的o光和e光。
在圖3、圖4中，n"n。，其中圖3所示的雙折射晶體薄片2的光軸垂直于自身的光學(xué)平 面而圖4所示的雙折射晶體薄片2的光軸垂直于紙面。在圖5中，上、下晶體棱鏡1和3 為與雙折射晶體薄片2相同的雙折射晶體，這時o光和e光的消光比均達到雙折射晶體本身 的最大消光比。
圖6 圖9所示為ne〉n。的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)反射o光，透過e光。
在圖6 圖8中，n&ne,其中圖6所示的雙折射晶體薄片2的光軸垂直于自身的光學(xué)平 面；而圖7所示的雙折射晶體薄片2的光軸平行于紙面；圖8的雙折射晶體薄^'的光軸與其
自身光學(xué)平面呈夾角-，通過雙折射晶體薄片2的e'光折射率^略小于"e且為角度f的函
數(shù)，適當設(shè)計#角，可使"接近"/，即 '"n，以使e光更多透射，從而使被反射o光分量 消光比更高。在圖9中，上、下晶體棱鏡1和3為與雙折射晶體薄片2相同的雙折射晶體， 這時o光和e光的消光比均達到雙折射晶體本身的最大消光比。
本實用新型的上光學(xué)玻璃或晶體棱鏡的光學(xué)面13可以不平行于雙折射晶體2的光學(xué)面 14，即可作為高消光比單偏振光棱鏡。
權(quán)利要求1、一種偏振分束棱鏡，包含一片兩光學(xué)面相互平行的雙折射晶體薄片，其特征在于雙折射晶體薄片位于一個平行四邊形形狀的上光學(xué)玻璃或晶體棱鏡和一個三角形形狀的下光學(xué)玻璃或晶體棱鏡之間，雙折射晶體薄片的相互平行的兩光學(xué)面同時平行于上光學(xué)玻璃或晶體棱鏡的一個光學(xué)面和下光學(xué)玻璃或晶體棱鏡的斜光學(xué)面，這三個光學(xué)元件相互平行的光學(xué)面通過光膠相互粘結(jié)；該雙折射晶體薄片的光軸方向為除入射光線方向的任意方向；該上、下光學(xué)玻璃或晶體棱鏡的折射率n近似等于該雙折射晶體薄片的e光折射率ne和O光折射率no中的最大值；上光學(xué)玻璃或晶體棱鏡與雙折射晶體薄片相互平行的光學(xué)面與光入射面的夾角θ≥θ0，若光垂直器件入射面入射，則θ＝θ′；當ne＞n0時，θ0＝arcsin(no/ne)，當no＞ne時，θ0＝arcsin(ne/no)；該偏振分束棱鏡的輸出光為兩路偏振光且光路相互平行。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種偏振分束棱鏡，其特征在于當n^n。時，該雙折射晶體薄片的光軸與其光學(xué)平面呈夾角# ，通過雙折射晶體薄片的e'光折射率 '略小于 且為角度# 的函數(shù)，該 "n。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的一種偏振分束棱鏡，其特征在于其上光學(xué)玻璃或晶體棱鏡 的上端反射面與雙折射晶體光學(xué)面不平行。
專利摘要一種偏振分束棱鏡，包含一片兩光學(xué)面相互平行的雙折射晶體薄片，其中雙折射晶體薄片位于一個平行四邊形形狀的上光學(xué)玻璃或晶體棱鏡和一個三角形形狀的下光學(xué)玻璃或晶體棱鏡之間，雙折射晶體薄片的相互平行的兩光學(xué)面同時平行于上光學(xué)玻璃或晶體棱鏡的一個光學(xué)面和下光學(xué)玻璃或晶體棱鏡的斜光學(xué)面，上光學(xué)玻璃或晶體棱鏡與雙折射晶體薄片相互平行的光學(xué)面與光入射面的夾角θ使入射光在雙折射晶體薄片面上的入射角θ′＞全反射臨界角θ<sub>0</sub>，當n<sub>e</sub>＞n<sub>o</sub>時，θ<sub>0</sub>＝arcsin(n<sub>o</sub>/n<sub>e</sub>)，當n<sub>0</sub>＞n<sub>e</sub>時，θ<sub>0</sub>＝arcsin(n<sub>e</sub>/n<sub>o</sub>)，該偏振分束棱鏡的輸出光為兩路偏振光且光路相互平行，采用以上結(jié)構(gòu)，相互平行輸出的o光和e光可分開較大距離，可用于較大尺寸的分束棱鏡，可獲得較高消光比的相互平行輸出的o光和e光。
文檔編號G02B5/30GK201004093SQ20062007463
公開日2008年1月9日 申請日期2006年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月26日
發(fā)明者礪 吳, 胡豪成 申請人:福州高意通訊有限公司