專利名稱：退偏器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)器件，尤其涉及一種復(fù)色退偏器。
背景技術(shù)：
退偏器用于將線偏振光或橢偏光轉(zhuǎn)化為低偏振度的光，即輸出光在各個(gè)偏振方向上能量均勻分布。退偏器廣泛的應(yīng)用于光纖通信和傳感測(cè)量當(dāng)中，用來(lái)消除光傳輸過(guò)程中或者探測(cè)過(guò)程中的偏振相關(guān)效應(yīng)。比如在拉曼放大器中，信號(hào)光只有和泵浦光偏振方向一致才能放大，當(dāng)兩者垂直時(shí)增益為零，所以泵浦光需要退偏。激光的頻譜總有一定的寬度，可以看作復(fù)色光源，所以復(fù)色退偏器有著廣泛的應(yīng)用。對(duì)復(fù)色光退偏，Lyot型的退偏器是使用最普遍的退偏器之一。它適用于復(fù)色光，可以對(duì)任意的線偏光、橢偏光退偏。這種退偏器的退偏方法是基于不同波長(zhǎng)的光束在通過(guò)退偏器時(shí)相位延遲彌散，從而在波長(zhǎng)域上實(shí)現(xiàn)退偏的原理。具有不同波長(zhǎng)的入射光，通過(guò)雙折射器件后產(chǎn)生不同的相位延遲，出射光成為具有不同橢偏率的橢圓偏振光，整個(gè)光束就是這種隨機(jī)狀態(tài)的合成，使輸出光呈現(xiàn)退偏特性。這種退偏器由兩個(gè)雙折射器件串聯(lián)而成，雙折射器件可以用波片實(shí)現(xiàn)也可以用保偏光纖實(shí)現(xiàn)，兩器件的厚度(或長(zhǎng)度)比為2:1，且特征軸的夾角為45度角。Lyot退偏器的缺點(diǎn)是體積大，比如1480nm拉曼泵浦光,帶寬為Inm7Lyot退偏器至少要20米以上熊貓保偏光纖，或超過(guò)10厘米的鈮酸鋰晶體才能實(shí)現(xiàn)低的偏振度。而且雙折射晶體或者保偏光纖都比較昂貴。也有用一段雙折射晶體或保偏光纖產(chǎn)生相位延遲，如公告日為2003年I月8日、公告號(hào)為CN2530368Y的中國(guó)專利“一種光的偏振合波與消偏的混合器件”。這種退偏器雖然比Lyot退偏器少用雙折射晶體或保偏光纖，體積也小點(diǎn)，但是只能對(duì)特定的偏振態(tài)退偏。如果一個(gè)系統(tǒng)中需要對(duì)多個(gè)激光器退偏，則體積和成本都不具有優(yōu)勢(shì)。而且它還是要用到雙折射晶體或保偏光纖，成本也不便宜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大以及成本高的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小且成本低的退偏器。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供了一種退偏器，包括分光膜、以及設(shè)置在所述分光膜同一側(cè)的導(dǎo)光組件和偏振旋光裝置；其中，所述分光膜的反射率為25% 43%，在入射點(diǎn)處將入射光分為第一反射光和第一透射光，分光膜不垂直于入射光；所述導(dǎo)光組件將所述第一透射光引導(dǎo)回到所述入射點(diǎn)；所述偏振旋光裝置設(shè)置在所述分光膜與所述導(dǎo)光組件之間的光路上，將所述第一透射光的光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90°的奇數(shù)倍，誤差容限為+/-22° ；其中滿足返回至所述入射點(diǎn)的第一透射光通過(guò)所述分光膜后形成第二反射光和第二透射光；所述第二透射光與同側(cè)的所述第一反射光在空間上重合，合并為輸出光的一部分；所述第二反射光沿著所述第一透射光的光路進(jìn)入循環(huán)；所述第二透射光與所述第一反射光的光程差大于入射光的相干長(zhǎng)度。在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的退偏器中，所述導(dǎo)光組件包括兩個(gè)成夾角的反射鏡，所述第一透射光通過(guò)兩個(gè)所述反射鏡的反射后返回至所述入射點(diǎn)。在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的退偏器中，兩個(gè)所述反射鏡分別為平面鏡和凹面鏡。在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的退偏器中，所述導(dǎo)光組件包括反射鏡和設(shè)置在所述分光膜與所述反射鏡之間的聚焦透鏡；所述分光膜和所述反射鏡分別位于所述聚焦透鏡兩側(cè)的物平面和像平面上；所述第一透射光通過(guò)所述聚焦透鏡的折射和反射鏡的反射后返回至所述入射點(diǎn)。在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的退偏器中，所述聚焦透鏡為自聚焦透鏡，長(zhǎng)度為O. 49個(gè)節(jié)距；反射鏡由介質(zhì)膜構(gòu)成，直接鍍?cè)谧跃劢雇哥R遠(yuǎn)離分光膜的那一端面；且在分光膜的入光側(cè)還有一個(gè)雙光纖準(zhǔn)直器，準(zhǔn)直器的出光面朝著分光膜。在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的退偏器中，所述導(dǎo)光組件包括反射鏡和設(shè)置在所述反射鏡和所述分光膜之間的菱形光楔，所述第一透射光通過(guò)所述菱形光楔的折射和反射鏡的反射后返回至所述入射點(diǎn)。在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的退偏器中，所述反射鏡為平面鏡或凹面鏡。在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的退偏器中，所述導(dǎo)光組件為等腰三角形光楔，所述等腰三角形光楔的底面與所述分光膜平行；所述第一透射光通過(guò)所述等腰三角形光楔的等腰面反射回所述入射點(diǎn)。在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的退偏器中，所述偏振旋光裝置為旋光晶體或手性液晶或磁旋光裝置。在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的退偏器中，當(dāng)所述偏振旋光裝置為旋光晶體時(shí)，所述旋光晶體為石英旋光片。在依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的退偏器中，當(dāng)所述偏振旋光裝置為磁旋光裝置時(shí)，所述磁旋光裝置為帶磁管的法拉第旋光片。本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是本發(fā)明利用分光膜將入射的偏振光分成強(qiáng)度遞減的無(wú)窮多束，通過(guò)旋光裝置將各束光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)不同角度，最后再用導(dǎo)光裝置將所有的光束合并在一起輸出，使得輸出光在各個(gè)方向偏振的能量均勻分布，達(dá)到退偏的效果。本發(fā)明退偏原理簡(jiǎn)單，退偏器的結(jié)構(gòu)中只有分光膜、導(dǎo)光組件和偏振旋光片，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且成本低；另外，退偏器的結(jié)構(gòu)上只需要滿足兩束光的光程差大于相干長(zhǎng)度即可，因此體積小。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中圖1是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例I的退偏器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的退偏器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的退偏器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例4的退偏器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的退偏器的結(jié)構(gòu)示意圖6是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例6的退偏器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例7的退偏器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例8的退偏器的結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖I所示，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的退偏器包括分光膜I、導(dǎo)光組件2和偏振旋光裝置3，導(dǎo)光組件2和偏振旋光裝置3均設(shè)置在分光膜I的同一側(cè)。其中，分光膜I選用市面
上常用的分光膜即可，其通常由二氧化硅、氧化鉭和氧化鋯等材料鍍成。分光膜I的反射率為25% 43%，即透過(guò)率為57% 75%，當(dāng)入射光束I。以一定角度(例如角(Ρ，φ>0)入射到分光膜I上的入射點(diǎn)A時(shí),一部分光束在分光膜I的表面反射形成第一反射光R1，反射角與入射角相等，剩余光束穿過(guò)分光膜I以一定的透射角發(fā)生透射形成第一透射光!\。此時(shí)分光膜I的透射/反射比為75 25 57 43，優(yōu)選透射/反射比為2 1，即反射率為33. 3%。導(dǎo)光組件2包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)器件，例如反射鏡、光楔和/或聚焦透鏡等，具體結(jié)構(gòu)設(shè)置將在實(shí)施例中進(jìn)行描述。導(dǎo)光組件2用于引導(dǎo)從分光膜I透射進(jìn)來(lái)的光束T1通過(guò)偏振旋光裝置3并返回至分光膜I上的入射點(diǎn)Α，從而使該光束完成一次光路循環(huán)。返回至分光膜I的入射點(diǎn)A的光束I1的一部分穿過(guò)分光膜I發(fā)生透射，從而形成第二透射光T2從分光膜I射出(即出射光束)，該第二透射光T2與同側(cè)的第一反射光R1合成一束，構(gòu)成退偏器的輸出光束；返回至分光膜I的入射點(diǎn)A的光束I1的另一部分發(fā)生反射形成第二反射光R2，并將在導(dǎo)光組件2的作用下通過(guò)偏振旋光裝置3以進(jìn)行下一次光路循環(huán)，此時(shí)透射/反射比仍為75 25 57 43，優(yōu)選為2 I。從以上可以看出，將有光束在分光膜I、導(dǎo)光組件2和偏振旋光裝置3之間不斷進(jìn)行光路循環(huán)。在導(dǎo)光組件2的設(shè)置過(guò)程中，需要滿足出射光束T2與反射光束R1的光程差大于入射光Itl的相干長(zhǎng)度，即透射光束一次光路循環(huán)的光程大于上述相干長(zhǎng)度，因此當(dāng)?shù)谝煌干涔釺1經(jīng)過(guò)多次光路循環(huán)后再次透射出分光膜I以形成出射光束時(shí)，其與反射光束R1的光程差也必然大于相干長(zhǎng)度。偏振旋光裝置3設(shè)置在分光膜I與導(dǎo)光組件2之間的光路上，可以為旋光晶體或手性液晶或磁旋光裝置，用于將通過(guò)的光束的光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)(90° +Ν*180° +/-22° )角度，其中N為正整數(shù)，換句話說(shuō)，將通過(guò)的光束的光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90°的奇數(shù)倍，容許的誤差為+/-22°。此時(shí)，光束可以通過(guò)偏振旋光裝置3 —次或多次,從而使得光束的光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)角度不同。同時(shí)，也應(yīng)該根據(jù)光束通過(guò)的次數(shù)和角度，選擇合適的具有不同旋光角度的偏振旋光裝置。下面將在實(shí)施例中具體討論退偏器的結(jié)構(gòu)。首先，對(duì)于導(dǎo)光組件2，在第一組實(shí)施例(實(shí)施例1-3)中，導(dǎo)光組件2包括多個(gè)反射鏡，該反射鏡為高反鏡。此處反射鏡包括平面鏡和/或凹面鏡。偏振旋光裝置3位于其中至少一個(gè)反射鏡與分光膜I之間，此時(shí)偏振旋光裝置3例如為旋光晶體或手性液晶或磁旋光裝置。實(shí)施例I圖I是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例I的退偏器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，導(dǎo)光組件2包括成一定夾角的兩個(gè)平面鏡21和22，偏振旋光裝置3設(shè)置在分光膜I與兩個(gè)平面鏡21、22之間。第一透射光T1經(jīng)過(guò)平面鏡21、22兩次反射之后在分光膜I與導(dǎo)光組件2之間形成為等腰三角形的光路，而后返回入射點(diǎn)A產(chǎn)生第二反射光R2和第二透射光T2。第二透射光T2與第一反射光R1在空間上重合，合并為一束光；第二反射光R2與第一透射光T1在空間上重合，沿著T1軌跡不斷循環(huán)。最后所有的能量從分光膜I透射出去合并成輸出光。實(shí)施例2當(dāng)然，導(dǎo)光組件2也可以是采用其它設(shè)置，如圖2所示。圖2是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的退偏器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，導(dǎo)光組件2包括平面鏡21和凹面鏡23，兩者配合設(shè)置，使得分光膜I與導(dǎo)光組件2之間的光路為等腰三角形，從而透射光束可以返回入射點(diǎn)Α。而偏振旋光裝置3的設(shè)置與實(shí)施例I中類似，不再贅述。實(shí)施例3當(dāng)然，導(dǎo)光組件2也可以包括三個(gè)或三個(gè)以上的反射鏡，如圖3所示。圖3是依據(jù) 本發(fā)明實(shí)施例3的退偏器的結(jié)構(gòu)示意圖，與實(shí)施例I的區(qū)別在于，導(dǎo)光組件2還包括設(shè)置在平面鏡21、22與分光膜I之間的凹面鏡23，凹面鏡23與平面鏡21、22的鏡面相向。而偏振旋光裝置3的設(shè)置與實(shí)施例I中類似，不再贅述。只不過(guò)在這種結(jié)構(gòu)中，通過(guò)設(shè)置偏振旋光裝置3的位置使得光束通過(guò)偏振旋光裝置3兩次或三次或四次。圖3中所示的光束來(lái)回通過(guò)偏振旋光裝置3三次。在第二組實(shí)施例(實(shí)施例4和5)中，導(dǎo)光組件2包括一個(gè)反射鏡和一個(gè)聚焦透鏡。反射鏡為高反鏡，光束入射后全部發(fā)生反射，此處反射鏡為平面鏡，也可以為凹面鏡或凸面鏡。聚焦透鏡設(shè)置在分光膜I與反射鏡之間，可為自聚焦透鏡或凸透鏡。偏振旋光裝置3位于分光膜I與反射鏡之間的光路上的任意位置處，只要光束能通過(guò)即可。此處偏振旋光裝置3最佳為磁旋光裝置。實(shí)施例4如圖4所示，導(dǎo)光組件2包括平面鏡21和設(shè)置在平面鏡21與分光膜I之間的凸透鏡25，分光膜I和平面鏡21分別放置在該凸透鏡25的兩側(cè)物與像的位置處，滿足一般的透鏡成像規(guī)律。分光膜A點(diǎn)散射的光經(jīng)凸透鏡25會(huì)聚于平面鏡21處，即成像于平面鏡21上。調(diào)整平面鏡21的角度，使得第一透射光T1經(jīng)凸透鏡25后回到A點(diǎn)，形成如前所述循環(huán)光路。偏振旋光裝置3由法拉第片32實(shí)現(xiàn)，且在法拉第片32的外面套著一個(gè)磁環(huán)321。實(shí)施例5如圖5所示，圖4中的凸透鏡25被自聚焦透鏡29代替。自聚焦透鏡29的長(zhǎng)度為O. 49節(jié)距，折射率沿著圓心呈遞減分布，光線在里面如圖所示沿曲線前進(jìn)。此外反射鏡21由介質(zhì)膜構(gòu)成，它被直接鍍?cè)谧跃劢雇哥R29的端面。最后，分光膜I也被鍍?cè)跍?zhǔn)直器自聚焦透鏡出光面上。法拉第片32和磁管321保持不變。對(duì)比圖4，還加多了一個(gè)雙光纖準(zhǔn)直器4做成尾纖型退偏器。準(zhǔn)直器4由兩根光纖41、一個(gè)O. 25節(jié)距的自聚焦透鏡42和固定裝置43構(gòu)成，通常固定裝置43由一根毛細(xì)玻璃管和一根玻璃管粘結(jié)而成。退偏器入射光
由其中一根光纖輸入，輸出光(包括RpUyT4......)被I禹合進(jìn)另外一根光纖。以上僅給出
了幾種示例，并不是對(duì)本發(fā)明的限制，相關(guān)的組合還有多種，此處不再詳細(xì)描述。在第三組實(shí)施例中，一種情況是導(dǎo)光組件2包括反射鏡和光楔,其中光楔位于至少一個(gè)反射鏡與分光膜I之間；另一種情況是導(dǎo)光組件2只包括光楔。此處偏振旋光裝置3為旋光晶體或手性液晶或磁旋光裝置，與以上所述實(shí)施例中的設(shè)置類似，不再贅述。
實(shí)施例6如圖6所示，導(dǎo)光組件2包括凹面鏡22和設(shè)置在分光膜I與凹面鏡22之間的菱形光楔27。透射光束經(jīng)過(guò)菱形光楔27的透射和凹面鏡22的反射后回到原點(diǎn)，完成一次光路循環(huán)。實(shí)施例7如圖7所示，導(dǎo)光組件只包括一個(gè)等腰三角玻璃光楔26。光楔26由透明物質(zhì)做成，如BK7玻璃。光楔26的兩個(gè)等腰面充當(dāng)反射鏡子，光入射到等腰面上發(fā)生全反射，等腰面起到鏡子的作用。偏振旋光裝置為磁旋光裝置32，位于分光膜I與遠(yuǎn)端的光楔26之間，只要光束能通過(guò)即可。實(shí)施例8 如圖8所示，導(dǎo)光組件只包括一個(gè)等腰三角玻璃光楔26。光楔26由透明物質(zhì)做成，如BK7玻璃。光楔26的兩個(gè)等腰面充當(dāng)反射鏡子，光入射到等腰面上發(fā)生全反射，等腰面起到鏡子的作用。偏振旋光裝置由兩片旋光晶體331和332構(gòu)成。旋光晶體331和332旋光方向相反，一個(gè)為左旋晶體，一個(gè)為右旋晶體，兩者各旋轉(zhuǎn)45°。旋光晶體331和332位于分光膜I與遠(yuǎn)端的光楔26之間,在一個(gè)循環(huán)內(nèi)光以相反的方向各通過(guò)旋光晶體331、332 一次。當(dāng)然，光楔不僅可以配合反射鏡使用，光楔還可配合反射鏡和/或聚焦透鏡等多種光學(xué)器件一同使用。從以上可以看出，導(dǎo)光組件2可包括多個(gè)光學(xué)器件，通過(guò)對(duì)光學(xué)器件的組合設(shè)置，使得光束經(jīng)過(guò)一個(gè)光路循環(huán)后返回至分光膜I上。以上實(shí)施例僅用作示例，并不是對(duì)本發(fā)明的限制，導(dǎo)光組件2還可以是其它類型的結(jié)構(gòu)設(shè)置，因此在此基礎(chǔ)上的變形和等同都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。在實(shí)際情況中，從成本和實(shí)現(xiàn)角度而言，應(yīng)當(dāng)是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、成本最低以及最容易實(shí)現(xiàn)的為最優(yōu)。對(duì)于偏振旋光裝置3而言，以實(shí)施例I為例，當(dāng)采用石英旋光片31時(shí)，以光束的光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90°為例，圖I中光束通過(guò)石英旋光片一次，因此此時(shí)應(yīng)當(dāng)選用旋光角度為90°的石英旋光片。如果光束以相反方向各通過(guò)石英旋光片一次，則兩次通過(guò)后旋光作用相互抵消，石英旋光片沒(méi)有發(fā)揮作用，相當(dāng)于光束的凈通過(guò)次數(shù)為O。又以實(shí)施例3為例，圖3中所示的光束通過(guò)石英旋光片31三次，相當(dāng)于光束的凈通過(guò)次數(shù)為1，因此仍然選用旋光角度為90°的石英旋光片。因此在設(shè)置中要確保光束通過(guò)石英旋光片的凈通過(guò)次數(shù)大于零，為描述方便，將凈通過(guò)次數(shù)表示k=m-n，其中m和η為非負(fù)整數(shù)，分別表示光束以相反方向通過(guò)石英旋光片的次數(shù)。這樣石英旋光片的旋光角度即可表示為(90° +Ν*180° )/k，如果考慮工程當(dāng)中容許的誤差則旋光角度范圍為(90° +N*180° -22° )/k至(90° +N*180° +22° )/k。當(dāng)然，在本實(shí)施例中偏振旋光裝置3還可選用手性晶體或磁旋光裝置(例如帶磁管的法拉第旋光片)，其中手性晶體與旋光晶體類似，不再贅述。而帶磁管的法拉第旋光片則不同，以實(shí)施例5為例，當(dāng)采用帶磁管321的法拉第旋光片32時(shí)，法拉第旋光片32的旋光角度即可表示為(90° +N*180° )/ (m+n)，其中m和η為非負(fù)整數(shù)，分別表示光束以相反方向通過(guò)法拉第旋光片的次數(shù)。如果考慮工程當(dāng)中容許的誤差則旋光角度范圍為(90° +Ν*180。-22。)/ (m+n)至(90。+N*180。+22。)/(m+n)。例如，以光束的光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90°為例，此處光束二次(即m+n=2)通過(guò)法拉第旋光片時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用旋光角度為45°的法拉第旋光片。
以上所討論的偏振旋光裝置為單個(gè)裝置，偏振旋光裝置也可以是多個(gè)旋光片的組合，例如在實(shí)施例8中。如圖8所示，偏振旋光裝置包括兩片晶體旋光片，一片是左旋晶體 331，另外一片是右旋晶體332。兩者的旋轉(zhuǎn)角度之和(不考慮方向)為90度，如左旋45度右旋45度；或左旋30度右旋60度等等。而且其中一塊晶體還可以是法拉第片，只要二者旋光的綜合效果是90度就行。
以上所述為最基本的退偏器。不同的實(shí)施例中，還可以添加不同的部件以滿足特定的應(yīng)用要求。比如在拉曼放大器中退偏器需要帶尾纖，可以在分光膜的一側(cè)加雙光纖準(zhǔn)直器做成尾纖型退偏器，如圖5所示。
以實(shí)施例I為例，圖I中還描繪了依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的退偏器中的光路示意圖。在對(duì)光束進(jìn)行退偏的過(guò)程中，初始入射光以入射角φ射入到分光膜上1，透射角度為β，其中 φ、β >0。為了方便說(shuō)明和識(shí)別，把入射光標(biāo)記為Itl，第一反射光標(biāo)記為R1，第一透射光標(biāo)記為T1。
第一透射光T1離開分光膜I后被導(dǎo)光組件2反射重新回到分光膜1，中間透過(guò)偏振旋光裝置3，偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90°。透過(guò)偏振旋光裝置3后的第一透射光T1被標(biāo)記為I1以區(qū)別偏振態(tài)的變化，I1回到分光膜1，發(fā)生反射和透射，從而完成一次光路循環(huán)。光路循環(huán)的特征=I1的入射角度是β，和T1透射角度相等山入射點(diǎn)和T1出射點(diǎn)重合，都是A點(diǎn)，且 I1U1的入射法線以及T1在一個(gè)平面。I1通過(guò)分光膜I后形成第二反射光束R2和第二透射光束Τ2。由于I1的入射角度是β，入射點(diǎn)是A點(diǎn)，且I1U1的法線以及T1在一個(gè)平面，因此第二透射光T2將和第一反射光R1在空間上重合而合成一束，第二反射光R2沿著第一透射光T1的軌跡前進(jìn)，進(jìn)入下一次光路循環(huán)，并且不斷循環(huán)，從而有12、T3、R3, 13、T4, R4, 14、T5, R5,……，以此類推。
這種新型退偏器的工作原理和效果可以用多光束干涉精確的推導(dǎo)，但是過(guò)程比較復(fù)雜。下面用相干長(zhǎng)度理論來(lái)解釋退偏效果，過(guò)程簡(jiǎn)單但不影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。退偏器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證光走一個(gè)循環(huán)的光程L比入射偏振光源的相干長(zhǎng)度Lc長(zhǎng)，所以在分光膜反射和多次透射上來(lái)的光不相干，可以不考慮相位的關(guān)系直接進(jìn)行功率相加。
以分光膜I的最佳透射率為2/3為例，假設(shè)光路中都沒(méi)有損耗，且假設(shè)入射光為橢偏光。橢偏光長(zhǎng)軸為X軸，X軸方向偏振的能量為a ;短軸為Y軸，Y軸方向偏振能量為b。 光每行進(jìn)一個(gè)循環(huán)，偏振旋光裝置3就會(huì)把XY方向的能量交換一次，2/3光能量從分光膜I 透射出去，留下1/3繼續(xù)循環(huán)。下表是在各次入射、反射和透射時(shí)候的光能量。表I中每個(gè)輸出端的各光束能量的總和就是輸出光能量，其中下標(biāo)i表示所進(jìn)行的光路循環(huán)的次數(shù)， 例如，i = I表示進(jìn)行第一次光路循環(huán)。
表I
權(quán)利要求
1.一種退偏器，其特征在于，包括分光膜(I)、以及設(shè)置在所述分光膜(I)同一側(cè)的導(dǎo)光組件(2)和偏振旋光裝置(3);其中， 所述分光膜(I)的反射率為25°/Γ43%，在入射點(diǎn)(A)處將入射光(Itl)分為第一反射光(R1)和第一透射光(T1),分光膜(I)不垂直于入射光(I。)； 所述導(dǎo)光組件(2)將所述第一透射光(T1)引導(dǎo)回到所述入射點(diǎn)(A); 所述偏振旋光裝置(3 )設(shè)置在所述分光膜(I)與所述導(dǎo)光組件(2 )之間的光路上，將所述第一透射光(T1)的光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90°的奇數(shù)倍，誤差容限為+/-22° ； 其中滿足 返回至所述入射點(diǎn)(A)的第一透射光(T1)通過(guò)所述分光膜(I)后形成第二反射光(R2)和第二透射光(T2);所述第二透射光(T2)與同側(cè)的所述第一反射光(R1)在空間上重合，合并為輸出光的一部分；所述第二反射光( )沿著所述第一透射光(T1)的光路進(jìn)入循環(huán)； 所述第二透射光(T2)與所述第一反射光(R1)的光程差大于入射光(Itl)的相干長(zhǎng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的退偏器，其特征在于，所述導(dǎo)光組件(2)包括兩個(gè)成夾角的反射鏡，所述第一透射光(T1)通過(guò)兩個(gè)所述反射鏡的反射后返回至所述入射點(diǎn)(A)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的退偏器，其特征在于，兩個(gè)所述反射鏡分別為平面鏡(21)和凹面鏡(23)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的退偏器，其特征在于，所述導(dǎo)光組件(2)包括反射鏡(21)和設(shè)置在所述分光膜(I)與所述反射鏡(21)之間的聚焦透鏡(25 );所述分光膜(I)和所述反射鏡(21)分別位于所述聚焦透鏡兩側(cè)的物平面和像平面上；所述第一透射光(T1)通過(guò)所述聚焦透鏡(25)的折射和反射鏡(21)的反射后返回至所述入射點(diǎn)(A)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的退偏器，其特征在于，所述聚焦透鏡為自聚焦透鏡(29)，長(zhǎng)度為O. 49個(gè)節(jié)距；反射鏡(21)由介質(zhì)膜構(gòu)成，直接鍍?cè)谧跃劢雇哥R(29 )遠(yuǎn)離分光膜(I)的那一端面；且在分光膜(I)的入光側(cè)還有一個(gè)雙光纖準(zhǔn)直器(4)，準(zhǔn)直器(4)的出光面朝著分光膜(I)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的退偏器，其特征在于，所述導(dǎo)光組件(2)包括反射鏡和設(shè)置在所述反射鏡和所述分光膜(I)之間的菱形光楔(27 )，所述第一透射光(T1)通過(guò)所述菱形光楔(27)的折射和反射鏡的反射后返回至所述入射點(diǎn)(A)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的退偏器，其特征在于，所述反射鏡為平面鏡或凹面鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的退偏器，其特征在于，所述導(dǎo)光組件(2)為等腰三角形光楔(26),所述等腰三角形光楔(26)的底面與所述分光膜(I)平行；所述第一透射光(T1)通過(guò)所述等腰三角形光楔(26)的等腰面反射回所述入射點(diǎn)(A)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的退偏器，其特征在于，所述偏振旋光裝置(3)為旋光晶體或手性液晶或磁旋光裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的退偏器，其特征在于，當(dāng)所述偏振旋光裝置(3)為旋光晶體時(shí)，所述旋光晶體為石英旋光片。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的退偏器，其特征在于，當(dāng)所述偏振旋光裝置(3)為磁旋光裝置時(shí)，所述磁旋光裝置為帶磁管的法拉第旋光片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種退偏器，包括分光膜、以及設(shè)置在分光膜同一側(cè)的導(dǎo)光組件和偏振旋光裝置；分光膜的反射率為25%~43%，在入射點(diǎn)處將入射光分為第一反射光和第一透射光，分光膜不垂直于入射光；導(dǎo)光組件將第一透射光引導(dǎo)回到入射點(diǎn)；偏振旋光裝置設(shè)置在分光膜與導(dǎo)光組件之間的光路上，將第一透射光的光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90°的奇數(shù)倍，誤差容限為+/-22°；其中滿足返回至入射點(diǎn)的第一透射光通過(guò)分光膜后形成第二反射光和第二透射光；第二透射光與第一反射光合并為輸出光；第二反射光沿著第一透射光的光路進(jìn)入循環(huán)；第二透射光與第一反射光的光程差大于入射光的相干長(zhǎng)度。本發(fā)明的退偏器采用較少的普通光學(xué)元件即可實(shí)現(xiàn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低且體積小的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B27/28GK102985870SQ201180008637
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者萬(wàn)俊康 申請(qǐng)人:劉平