本發(fā)明涉及偏光技術應用領域，特別涉及一種剪切差可調(diào)節(jié)的平行偏振分束器。

背景技術：

平行分束偏振分束器可以將自然光分解為偏振方向相互垂直、傳播方向平行的兩束線偏振光，在光學檢測、光學計量、光信息處理等方面具有重要的應用。常規(guī)的平行偏振分束器采用大的單塊冰洲石晶體或組合冰洲石偏振棱鏡制成，而冰洲石為天然材料，大塊的光學級冰洲石晶體材料越來越稀少，需要一種新的平行偏振分束器設計。

為降低冰洲石晶體的耗費，同時具備較大的可調(diào)的剪切差，本發(fā)明設計了一種剪切差可調(diào)節(jié)的平行偏振分束器，具有冰洲石晶體低消耗，剪切差大且可調(diào)節(jié)的特點。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：克服常規(guī)平行偏振分束器對冰洲石晶體材料消耗高，剪切差小的不足，設計一種剪切差可調(diào)節(jié)的平行偏振分束器，具備低的冰洲石晶體消耗，大的剪切差，剪切差可調(diào)的特點。

本發(fā)明采用的技術方案為二塊冰洲石直角棱鏡斜面間相互平行的組合于移動平臺上的方法。如圖1所示，所述的冰洲石直角棱鏡一個直角面和斜面為通光表面，兩直角棱鏡結構完全一致，光軸方向平行于兩通光面相交的棱，根據(jù)冰洲石晶體中光線的傳輸特性，垂直直角面入射的自然光在經(jīng)過結構角為α的上述第一個直角棱鏡后，在斜面出射時發(fā)生雙折射，兩折射光之間存在夾角θ，兩折射光在第二塊直角棱鏡的斜面上入射，因第二塊棱鏡與第一塊棱鏡結構角一致，且斜面平行，所以兩光線折射后平行出射，從而實現(xiàn)平行偏振分束，兩平行分束光之間的距離稱為剪切差Δ，其大小可由改變兩直角棱鏡間的距離進行調(diào)節(jié)。

直角棱鏡的結構角α的大小會影響到折射角，從而影響到兩平行分束光之間剪切差，本發(fā)明所述結構對應的剪切差公式為：

Δ=D﹒{n_osin(α)/[1-( n_osin(α))²]^1/2- n_esin(α)/[1-( n_esin(α))²]^1/2}

式中Δ為剪切差，D為兩棱鏡間距，n_o為冰洲石中o光折射率，n_e為冰洲石中e光主折射率，α如前所述為結構角。

因為冰洲石晶體的主折射率值存在色散，同時還受到溫度的影響，所以上式中n_o、n_e為波長和溫度的函數(shù)，本發(fā)明針對室溫下、可見光400~760nm波段設計，以中間波長580nm處的主折射率值作計算；不同波長下，相同棱鏡間距D會有不同的剪切差Δ，但是僅影響剪切差Δ隨棱鏡間距D的變化速率，不影響分束器的使用，分束器平行分束光的最大剪切差取決于棱鏡通光面的尺寸。

如圖2所示，可以看出，剪切差隨結構角α的增加而變大；圖3為折射界面上透過率隨結構角的變化曲線，可以看到結構角α變大的同時會導致在兩斜面上折射時S偏振的光線透過率的下降，而且大的結構角意味著更大的冰洲石材料消耗，因此在權衡剪切差大小與系統(tǒng)透過率以及對冰洲石材料的消耗三方面的利弊之后，本發(fā)明取16°的結構角α。

從公式中可以看出，在結構角選定后，剪切差隨兩棱鏡斜面間的平行間距D的改變而變化，且兩者之間具有線性正相關的特點，因此可以在平移臺上設置標尺，根據(jù)標尺定位棱鏡2，可以獲得較精確的剪切差。

棱鏡1固定在常用的光學底座上，裝配在一維平移臺上，且位置固定，棱鏡2固定在常用的高低可調(diào)的光學底座上，底座可以在一維平移臺上滑動，即實現(xiàn)D的調(diào)節(jié)。

在D變大的過程中，平行分束的光束位置會上移，為防止光束打到直角棱鏡2的邊緣和外部，需要適當升高直角棱鏡2，使平行光束維持在直角棱鏡2通光直角面的中心附近。

因為系統(tǒng)中兩直角棱鏡尺寸和光軸方向是相同的，所以整個系統(tǒng)可以反方向使用，即光線垂直直角棱鏡2的直角通光面從右側進入，分束后的平行偏振光束從左側棱鏡1出射，與正向使用時效果一樣，在相同的棱鏡間距D下，具有相同的剪切差。

因為兩直角棱鏡的結構角僅為16°，整體結構比較薄，所以本發(fā)明所述的平行分束器與常規(guī)單塊的冰洲石晶體平行偏振分束器相比，具有節(jié)省冰洲石原料的特點，在棱鏡總體積小于0.5cm³的情況下，按照本設計制作的分束器可以實現(xiàn)最大14mm的可調(diào)節(jié)剪切差，而采用單塊冰洲石晶體分束時，僅能得到約1mm的固定剪切差。

附圖說明

圖1 是本發(fā)明的剪切差可調(diào)的平行偏振分束器光路示意圖，其中：1–直角棱鏡1（內(nèi)部黑點表示光軸方向垂直紙面），2–直角棱鏡2（內(nèi)部黑點表示光軸方向垂直紙面），D–兩棱鏡間距，Δ–平行光束剪切差，α–棱鏡結構角。

圖2 是剪切差與結構角α的關系曲線。

圖3是折射界面上透過率隨結構角的變化曲線。

圖4是本發(fā)明實施例1、2中，剪切差與棱鏡間距D的關系曲線。

具體實施方式

實施例1

棱鏡通光面尺寸為10mm×5mm，棱鏡兩通光面的夾角即所述的結構角為16°，實際加工中兩通光面所交棱做0.5mm的倒角，以增加棱鏡邊緣的厚度，從而增加結構強度，沿通光方向上的直角邊長為2.8mm，所以兩塊直角棱鏡疊合厚度僅為3.2mm，冰洲石總體積為0.16cm³，非常節(jié)省冰洲石原材料。589.3nm的平行光線從左側入射系統(tǒng)，在D由0到120mm之間變化時，可實現(xiàn)剪切差Δ從0到7.8mm之間的調(diào)節(jié)，且剪切差Δ隨D成如圖4所示的正比例線性關系。將系統(tǒng)反方向使用，將589.3nm的平行光線從右側入射棱鏡2，在棱鏡1左側分束出射，在D由0到120mm之間變化時，亦可實現(xiàn)剪切差Δ從0到7.8mm之間的調(diào)節(jié)，且剪切差Δ隨D變化關系與正方向使用時的情況一致。

實施例2

棱鏡通光面尺寸為15mm×5mm，棱鏡兩通光面的夾角即所述的結構角為16°，實際加工中兩通光面所交棱做0.5mm的倒角，以增加棱鏡邊緣的厚度，從而增加結構強度，沿通光方向上的直角邊長為4.3mm，所以兩塊直角棱鏡疊合厚度僅為4.8mm，冰洲石總體積為0.36cm³，非常節(jié)省冰洲石原材料。589.3nm的平行光線從左側入射系統(tǒng)，在D由0到220mm之間變化時，可實現(xiàn)剪切差Δ從0到14mm之間的調(diào)節(jié)，且剪切差Δ隨D成如圖4所示的正比例線性關系。將系統(tǒng)反方向使用，將589.3nm的平行光線從右側入射棱鏡2，在棱鏡1左側分束出射，在D由0到220mm之間變化時，亦可實現(xiàn)剪切差Δ從0到14mm之間的調(diào)節(jié)，且剪切差Δ隨D變化關系與正方向使用時的情況一致。