專(zhuān)利名稱(chēng)：具有高偏振態(tài)空間雜亂分布的光學(xué)退偏器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)退偏器。
背景技術(shù)：
光是電磁波，1809年法國(guó)工程師馬呂斯在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象。對(duì)于光的偏振現(xiàn)象研究，使對(duì)光的傳播規(guī)律有了新的認(rèn)識(shí)。特別是近年來(lái)利用光的偏振性開(kāi)發(fā)出來(lái)的各種偏振光元件、偏振光儀器和偏振光技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮了重要的作用。人們發(fā)明和發(fā)現(xiàn)了許許多多的偏振光源和起偏器件，能對(duì)非偏振光進(jìn)行起偏，并在人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。然而，在一些情況下偏振光會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面的影響。人們對(duì)于偏振光對(duì)光學(xué)儀器測(cè)量精度、光通信系統(tǒng)質(zhì)量及傳感器精度影響已經(jīng)做了一些研究。許多光電探測(cè)器由于有一定的晶格方向，如光電倍增管，都存在偏振敏感性。 在光通信系統(tǒng)中，隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，在傳輸速率提高的同時(shí)，通信系統(tǒng)對(duì)光纖中的偏振模色散、電光調(diào)制器中的偏振相關(guān)調(diào)制，以及光放大器中的偏振相關(guān)增益、偏振燒洞等一系列由偏振引起的損害也越來(lái)越敏感。偏振效應(yīng)同樣對(duì)某些光纖傳感器的精度產(chǎn)生影響，與偏振態(tài)相關(guān)的相位很容易受到外界環(huán)境因素影響，導(dǎo)致產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的隨機(jī)相位變化，并疊加到有用的相位信號(hào)中去，在信號(hào)檢測(cè)中形成衰落。在這些情況下，有效的辦法是在光源之后或者探測(cè)器之前使用退偏器，以減少甚至消除偏振光對(duì)光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。退偏器是一種將偏振光變成非偏振光的器件，可以有效地消除偏振損害，解決光纖通信系統(tǒng)、測(cè)量?jī)x器及傳感器中的偏振相關(guān)問(wèn)題。目前研制和發(fā)展出的退偏器根據(jù)其原理和結(jié)構(gòu)可以分為空間平均法、時(shí)間平均法、光譜平均法和能量平均法四大類(lèi)。但是每種退偏器都有自身的缺陷和不足，有的退偏器只能對(duì)連續(xù)光進(jìn)行退偏，有的只能對(duì)寬光譜光源進(jìn)行退偏，有的利用散射效應(yīng)作為退偏機(jī)理會(huì)使光偏離原方向且會(huì)引起較大的強(qiáng)度損失，只有通過(guò)自身的需求去設(shè)計(jì)以滿(mǎn)足自身器件和系統(tǒng)的需求。針對(duì)單色脈沖光，一般只采用空間平均退偏法。已有的單色退偏器出射光偏振態(tài)存在條形帶狀分布的問(wèn)題。條形帶狀區(qū)域內(nèi)有較一致的偏振態(tài)，不利于實(shí)際應(yīng)用。隨著對(duì)光偏振現(xiàn)象研究的深入和退偏振技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)空間平均的退偏方法輸出光偏振態(tài)分布不夠雜亂分布的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種適用于單色脈沖光的晶體光楔退偏器，能夠?qū)θ我馄駪B(tài)的單色脈沖光實(shí)現(xiàn)退偏，且在保證出射光整體的平均偏振度為零的基礎(chǔ)上，能夠提高偏振態(tài)雜亂分布的退偏振質(zhì)量。如圖1所示，中國(guó)實(shí)用新型ZL200420060393. 7公開(kāi)了一種對(duì)入射光偏振方向不敏感的單色退偏器，其為了克服之前已有技術(shù)中對(duì)入射的單色光不斷變化的偏振面不能完全退偏光束的不足，提供了一種對(duì)入射光偏振方向不敏感的單色退偏器，目的在于要對(duì)偏振方向未知或經(jīng)常變化的入射單色光進(jìn)行完全退偏。該實(shí)用新型對(duì)入射光偏振方向不敏感的單色退偏器含有兩塊雙折射石英晶體2、4及三塊融石英玻璃1、3、5，石英晶體2和石英晶體4的光軸垂直與入射光束(入射光束沿主軸方向入射)，對(duì)光具有雙折射作用，且兩者的光軸成45度夾角。石英晶體2和石英晶體4的兩端面均是傾斜面，且傾斜面是在相互垂直方向上傾斜的；與石英晶體匹配的融石英玻璃1、3、5，對(duì)光不具有雙折射效應(yīng)，即對(duì)入射光各向同性，但與石英晶體2、4的折射率非常接近，融石英玻璃1、5單端有傾斜面，融石英玻璃 3的兩端均設(shè)置為傾斜面。雙折射石英晶體2的一端傾斜面和融石英玻璃1的單端傾斜面匹配，雙折射石英晶體2的另一端與融石英玻璃3的一端傾斜面匹配，雙折射晶體4的一端傾斜面與融石英玻璃3的另一端傾斜面相匹配，另一端的傾斜面與融石英玻璃5的單端傾斜面相匹配。其連接關(guān)系為融石英玻璃1、雙折射石英晶體2、融石英玻璃3、雙折射石英晶體4、融石英玻璃5各個(gè)光學(xué)面之間依次以光膠形式相互連接?，F(xiàn)有的光學(xué)退偏器，出射光偏振態(tài)空間上存在偏振態(tài)的連續(xù)條形帶狀分布的問(wèn)題，條形帶狀區(qū)域內(nèi)有較一致的偏振態(tài)，會(huì)引起區(qū)域內(nèi)的光功率過(guò)大或過(guò)小，光束平面內(nèi)各區(qū)域之間的光功率不均勻，不利于實(shí)際應(yīng)用。隨著對(duì)光偏振現(xiàn)象研究的深入和退偏振技術(shù)的發(fā)展，需要設(shè)計(jì)制作一種具有高偏振態(tài)空間雜亂分布的光學(xué)退偏器，實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)在通光平面內(nèi)二維方向的雜亂變化，在保證出射光整體的平均偏振度為零的基礎(chǔ)上，改善了退偏振光的空間分布均勻性，提高退偏振質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于單色脈沖光的具有高偏振態(tài)空間雜亂分布的光學(xué)退偏器，在保證對(duì)于任意偏振態(tài)的入射光都可實(shí)現(xiàn)有效退偏的基礎(chǔ)上，并且減弱退偏后的出射光偏振態(tài)在其橫截面內(nèi)的條形帶狀分布特性，實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)在通光平面內(nèi)二維方向的雜亂變化，提高偏振態(tài)的空間分布均勻性，從而提高退偏振質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下
具有高偏振態(tài)空間雜亂分布的光學(xué)退偏器，入射面與出射面平行，且與入射光束相垂直，其特征在于它由三塊以上的雙折射晶體依次以光膠連接而成，各雙折射晶體的光軸都與入射光束相垂直，至少有兩個(gè)相鄰的雙折射晶體的光軸成45度角；雙折射晶體間的結(jié)合面至少有兩個(gè)面是傾斜面，各傾斜面的傾斜方向是不同的，傾斜角為2 10度。進(jìn)一步的，所述光學(xué)退偏器由三塊雙折射晶體依次以光膠連接而成，三塊雙折射晶體間的兩個(gè)結(jié)合面均為傾斜面，且兩傾斜面是在相互垂直方向上傾斜。進(jìn)一步的，三塊雙折射晶體依次為第一雙折射晶體、第二雙折射晶體和第三雙折射晶體；第一雙折射晶體與第二雙折射晶體的光軸成45度角，第二雙折射晶體與第三雙折射晶體的光軸成15 30度進(jìn)一步的，所述光學(xué)退偏器由四塊雙折射晶體依次以光膠連接而成，四塊雙折射晶體分別為第一雙折射晶體、第二雙折射晶體、第三雙折射晶體和第四雙折射晶體；第一雙折射晶體與第二雙折射晶體之間的光軸成45度角，其結(jié)合面是傾斜面；第三雙折射晶體與第四雙折射晶體之間的光軸成45度角，其結(jié)合面是傾斜面。進(jìn)一步的，第二雙折射晶體與第三雙折射晶體的結(jié)合面與入射面平行。進(jìn)一步的，第一雙折射晶體與第二雙折射晶體的組合與第三雙折射晶體與第四雙折射晶體的組合是相同的，第一雙折射晶體與第三雙折射晶體之間的光軸成15 30度角。進(jìn)一步的，所述光學(xué)退偏器由六塊雙折射晶體依次以光膠連接而成，六塊雙折射晶體分別為第一雙折射晶體、第二雙折射晶體、第三雙折射晶體、第四雙折射晶體、第五雙折射晶體和第六雙折射晶體，第一雙折射晶體、第二雙折射晶體以及第三雙折射晶體的組
4合與第四雙折射晶體、第五雙折射晶體以及第六雙折射晶體的組合是相同的，第一雙折射晶體與第二雙折射晶體之間的光軸成45度角，第二雙折射晶體與第三雙折射晶體之間的光軸垂直；第一雙折射晶體與第四雙折射晶體之間的光軸成15 30度角；第一雙折射晶體、第二雙折射晶體以及第三雙折射晶體之間的兩個(gè)結(jié)合面均為傾斜面，且兩傾斜面是在相互垂直方向上傾斜；第三雙折射晶體之間與第四雙折射晶體之間的結(jié)合面與入射面平行。本發(fā)明可根據(jù)入射光束的光斑形狀制作長(zhǎng)方體、圓柱體、橢圓柱體等形狀。本發(fā)明可以由三塊以上雙折射晶體及與之匹配的透明介質(zhì)構(gòu)成。晶體斜面結(jié)構(gòu)、 光軸方向組合可以更加復(fù)雜。雙折射晶體可以為石英晶體、方解石、紅寶石等，根據(jù)所選擇的雙折射晶體的折射率選擇合適的折射率匹配介質(zhì)。本發(fā)明提供一種適用于單色脈沖光的光學(xué)退偏器，在保證對(duì)于任意偏振態(tài)的入射光都可實(shí)現(xiàn)有效退偏的基礎(chǔ)上，通過(guò)兩組退偏晶體的組合，提供多角度的光軸方向和晶體斜面結(jié)構(gòu)，可以減弱空間光束的偏振態(tài)條形帶狀一致性分布。經(jīng)過(guò)本發(fā)明退偏器后，退偏后的出射光在通光平面內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)偏振態(tài)在二維方向的雜亂變化，條形帶狀分布明顯減弱， 有效地提高偏振態(tài)的空間分布均勻性，從而改善了退偏振質(zhì)量。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種光學(xué)退偏器； 圖2是兩塊晶體光楔構(gòu)成的普通退偏器；
圖3是經(jīng)雙光楔退偏器退偏后偏振態(tài)分布圖； 圖4是經(jīng)雙光楔退偏器退偏后的檢偏后的光強(qiáng)分布示意圖； 圖5是由三塊晶體光楔構(gòu)成的具有高偏振態(tài)空間雜亂分布的新型退偏器； 圖6是經(jīng)三光楔退偏器退偏后偏振態(tài)分布圖； 圖7是由四塊石英晶體構(gòu)成的退偏器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8是圖7所示退偏器的各晶體的光軸角度示意圖； 圖9是由六塊石英晶體構(gòu)成的退偏器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖10是圖9所示退偏器的各晶體的光軸角度示意圖11是偏振方向與第一雙折射晶體光軸方向?yàn)?度入射光經(jīng)過(guò)普通雙光楔晶體退偏器退偏后的光強(qiáng)分布圖12是偏振方向與第一雙折射晶體光軸方向?yàn)?0度入射光經(jīng)過(guò)普通雙光楔晶體退偏器退偏后的光強(qiáng)分布圖13是偏振方向與第一雙折射晶體光軸方向?yàn)?5度入射光經(jīng)過(guò)普通雙光楔晶體退偏器退偏后的光強(qiáng)分布圖14是偏振方向與第一雙折射晶體光軸方向?yàn)?0度入射光經(jīng)過(guò)普通雙光楔晶體退偏器退偏后的光強(qiáng)分布圖15是偏振方向與第一雙折射晶體光軸方向?yàn)?0度入射光經(jīng)過(guò)普通雙光楔晶體退偏器退偏后的光強(qiáng)分布圖16是實(shí)施例1中0度入射光經(jīng)退偏后的光強(qiáng)分布圖；圖17是實(shí)施例1中35度入射光經(jīng)退偏后的光強(qiáng)分布圖； 圖18是實(shí)施例1中45度入射光經(jīng)退偏后的光強(qiáng)分布圖； 圖19是實(shí)施例1中60度入射光經(jīng)退偏后的光強(qiáng)分布圖； 圖20是實(shí)施例1中90度入射光經(jīng)退偏后的光強(qiáng)分布圖； 圖21是實(shí)施例2中0度入射光經(jīng)退偏后的光強(qiáng)分布圖； 圖22是實(shí)施例2中35度入射光經(jīng)退偏后的光強(qiáng)分布圖； 圖23是實(shí)施例2中45度入射光經(jīng)退偏后的光強(qiáng)分布圖； 圖M是實(shí)施例2中60度入射光經(jīng)退偏后的光強(qiáng)分布圖； 圖25是實(shí)施例2中90度入射光經(jīng)退偏后的光強(qiáng)分布圖； 圖26是實(shí)施例3中0度入射光經(jīng)退偏后的光強(qiáng)分布圖； 圖27是實(shí)施例3中35度入射光經(jīng)退偏后的光強(qiáng)分布圖； 圖觀是實(shí)施例3中45度入射光經(jīng)退偏后的光強(qiáng)分布圖； 圖四是實(shí)施例3中60度入射光經(jīng)退偏后的光強(qiáng)分布圖； 圖30是實(shí)施例3中90度入射光經(jīng)退偏后的光強(qiáng)分布圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明具有高偏振態(tài)空間雜亂分布的光學(xué)退偏器作具體描述。實(shí)施例1
如圖5所示，由三塊石英晶體構(gòu)成的具有高偏振態(tài)空間雜亂分布的光學(xué)退偏器，其連接光系為石英晶體51、石英晶體52、石英晶體53，設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方體形狀。相對(duì)于入射光方向， 石英晶體51前端面和石英晶體53后端面垂直于入射光，石英晶體52前端面與后端面在兩個(gè)相互垂直的方向上傾斜，傾斜角度為4度，晶體之間相互匹配并以光膠形式連接。三塊晶體的光軸方向均垂直于入射光方向，互相既不垂直也不平行，相對(duì)于第一塊晶體光軸方向依次成0度、45度、60度(規(guī)定沿著入射光方向順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?。實(shí)施例2
如圖7所示，由四塊石英晶體構(gòu)成本實(shí)施例組合結(jié)構(gòu)示意圖，圖8是四條晶體光軸方向的示意圖。圖中，第一套組合石英晶體71、72，石英晶體71的快軸與y軸夾角θ71=0，石英晶體72的快軸與y軸夾角θ72=π/4。石英晶體71的前端面垂直于入射光方向，后端面繞 χ軸旋轉(zhuǎn)傾斜；石英晶體72的前端面與石英晶體71的后端面貼合，后端面垂直于入射光方向。第二套組合石英晶體73，74與第一套組合石英晶體71，72結(jié)構(gòu)相同，并且沿入射方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30度，石英晶體73，74光軸方向與y軸夾角θ 73、θ 74分別為30度、75度。相對(duì)于入射光方向，石英晶體71前端面和石英晶體72后端面垂直于入射光，石英晶體71后端面與石英晶體72的前端面傾斜，傾斜角度為4度，晶體之間相互匹配并以光膠形式連接。
實(shí)施例3
如圖9所示，是由六塊石英晶體構(gòu)成本實(shí)施例的整體組合結(jié)構(gòu)示意圖，圖10是六塊晶體光軸方向的示意圖。 由六塊石英晶體構(gòu)成的具有高偏振態(tài)空間雜亂分布的光學(xué)退偏器分為兩套，每套組合晶體包括3塊石英晶體，其連接光系為石英晶體91、石英晶體92、石英晶體93、石英晶體94、石英晶體95、石英晶體96，設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方體形狀。相對(duì)于入射光方向，石英晶體91 前端面和石英晶體93后端面垂直于入射光，石英晶體92前端面與后端面在兩個(gè)相互垂直的方向上傾斜，傾斜角度為4度，晶體之間相互匹配并以光膠形式連接。第二套組合石英晶體94、95以及96與第一套組合石英晶體91、92以及93結(jié)構(gòu)相同，兩套晶體前后貼合，二者圍繞入射光方向相對(duì)旋轉(zhuǎn)30度。石英晶體91的快軸與y軸夾角θ91=0，石英晶體92的快軸、石英晶體93的快軸方向與y軸夾角θ92、θ 93分別為45度、-45度；第二套組合石英晶體94、95以及96的快軸方向與y軸夾角θ 94、θ 95、θ ^5分別為30度、75度、15度。
權(quán)利要求
1.具有高偏振態(tài)空間雜亂分布的光學(xué)退偏器，入射面與出射面平行，且與入射光束相垂直，其特征在于它由三塊以上的雙折射晶體依次以光膠連接而成，各雙折射晶體的光軸都與入射光束相垂直，至少有兩個(gè)相鄰的雙折射晶體的光軸成45度角；雙折射晶體間的結(jié)合面至少有兩個(gè)面是傾斜面，各傾斜面的傾斜方向是不同的，傾斜角為2 10度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)退偏器，其特征在于由三塊雙折射晶體依次以光膠連接而成，三塊雙折射晶體間的兩個(gè)結(jié)合面均為傾斜面，且兩傾斜面是在相互垂直方向上傾斜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)退偏器，其特征在于三塊雙折射晶體依次為第一雙折射晶體、第二雙折射晶體和第三雙折射晶體；第一雙折射晶體與第二雙折射晶體的光軸成 45度角，第二雙折射晶體與第三雙折射晶體的光軸成15 30度角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)退偏器，其特征在于由四塊雙折射晶體依次以光膠連接而成，四塊雙折射晶體分別為第一雙折射晶體、第二雙折射晶體、第三雙折射晶體和第四雙折射晶體；第一雙折射晶體與第二雙折射晶體之間的光軸成45度角，其結(jié)合面是傾斜面；第三雙折射晶體與第四雙折射晶體之間的光軸成45度角，其結(jié)合面是傾斜面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)退偏器，其特征在于第二雙折射晶體與第三雙折射晶體的結(jié)合面與入射面平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)退偏器，其特征在于第一雙折射晶體與第二雙折射晶體的組合與第三雙折射晶體與第四雙折射晶體的組合是相同的，第一雙折射晶體與第三雙折射晶體之間的光軸成15 30度角。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)退偏器，其特征在于由六塊雙折射晶體依次以光膠連接而成，六塊雙折射晶體分別為第一雙折射晶體、第二雙折射晶體、第三雙折射晶體、第四雙折射晶體、第五雙折射晶體和第六雙折射晶體，第一雙折射晶體、第二雙折射晶體以及第三雙折射晶體的組合與第四雙折射晶體、第五雙折射晶體以及第六雙折射晶體的組合是相同的，第一雙折射晶體與第二雙折射晶體之間的光軸成45度角，第二雙折射晶體與第三雙折射晶體之間的光軸垂直；第一雙折射晶體與第四雙折射晶體之間的光軸成15 30度角； 第一雙折射晶體、第二雙折射晶體以及第三雙折射晶體之間的兩個(gè)結(jié)合面均為傾斜面，且兩傾斜面是在相互垂直方向上傾斜；第三雙折射晶體之間與第四雙折射晶體之間的結(jié)合面與入射面平行。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有高偏振態(tài)空間雜亂分布的光學(xué)退偏器，入射面與出射面平行，且與入射光束相垂直，其特征在于它由三塊以上的雙折射晶體依次以光膠連接而成，各雙折射晶體的光軸都與入射光束相垂直，至少有兩個(gè)相鄰的雙折射晶體的光軸成45度角；雙折射晶體間的結(jié)合面至少有兩個(gè)面是傾斜面，各傾斜面的傾斜方向是不同的，傾斜角為2～10度。本發(fā)明可以減弱空間光束的偏振態(tài)條形帶狀一致性分布。經(jīng)過(guò)本發(fā)明退偏器后，退偏后的出射光在通光平面內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)偏振態(tài)在二維方向的雜亂變化，條形帶狀分布明顯減弱，有效地提高偏振態(tài)的空間分布均勻性，從而改善了退偏振質(zhì)量。
文檔編號(hào)G02B27/28GK102183848SQ20111012375
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者余健輝, 張軍, 羅英達(dá), 葛菁華, 陳哲, 陳春艷 申請(qǐng)人:暨南大學(xué)