基于液晶偏振光栅的分光器的制作方法

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种基于液晶偏振光栅的分光器。

背景技术：

分光器是一种无源器件，又称光分路器，它们不需要外部能量，只要有输入光即可。通常的分光器由入射和出射狭缝、反射镜和色散元件组成，关键部件是色散元件，且现在分光器大多使用传统的光刻光栅。

由光栅方程可知，对于相同的光谱级数m，以同样的入射角投射到传统光栅上的不同波长组成的混合光，每种波长产生的干涉极大都位于不同的角度位置；即不同波长的衍射光以不同的衍射角出射。这就说明，对于给定的光栅，不同波长的同一级主级大或次级大(构成同一级光栅光谱中的不同波长谱线)都不重合，而是按波长的次序顺序排列，形成一系列分立的谱线。这样，混合在一起入射的各种不同波长的复合光，经光栅衍射后彼此被分开。这就是衍射光栅的分光原理。

藉此，现有基于传统光栅的分光原理是将不同波长的光进行分束，却不能将同一波长的光进行分束。

技术实现要素：

本发明目的在于公开一种基于液晶偏振光栅的分光器，以便捷地将光束分成两束平行于入射方向的出射光束。

为达上述目的，本发明公开一种基于液晶偏振光栅的分光器，包括：

第一偏振光栅，用于将入射的非偏振光、线性偏振光或椭圆偏振光分成第一束左旋圆偏振光和第二束右旋圆偏振光；

第二偏振光栅，用于将所述第一束左旋圆偏振光偏转成出射的第三束右旋圆偏振光，并将所述第二束右旋圆偏振光偏转成出射的第四束左旋圆偏振光；

在所述第一偏振光栅与所述第二偏振光栅之间为空腔；

其中，所述第一偏振光栅和所述第二偏振光栅具有相同的衍射偏转性能，所述第一偏振光栅与所述第二偏振光栅在所述分光器中平行排列且内部液晶分子的排布方向一致，以使得所述第三束右旋圆偏振光和所述第四束左旋圆偏振光平行于所述第一偏振光栅的入射光，且所述第三束右旋圆偏振光和所述第四束左旋圆偏振光与入射光的波长分布特性一致。

优选地，所述第二偏振光栅为所述第一偏振光栅沿所述空腔平移的复制体，并通过调整所述第一偏振光栅与所述第二偏振光栅之间的距离来调节所述第三束右旋圆偏振光和所述第四束左旋圆偏振光之间的距离。

优选地，入射光经第一偏振光栅后输出的第一束左旋圆偏振光和第二束右旋圆偏振光成一定的夹角，所述夹角的大小取决于所述第一偏振光栅的周期数，以结合所述夹角和所述第一偏振光栅与所述第二偏振光栅之间的距离来调节所述第三束右旋圆偏振光和所述第四束左旋圆偏振光之间的距离。

优选地，在所述第二偏振光栅之后还设有用于将第三束右旋圆偏振光和所述第四束左旋圆偏振光转换成两束光路相互平行偏振态相互垂直的线偏振光出射的1/4波片。

优选地，所述分光器被设置于偏振理疗仪中。进一步地，在所述1/4波片之后还设有仅对其中一束线偏振光转换为与另一束线偏振光偏振态相同的1/2波片。

优选地，所述分光器被设置于光纤分束设备中。进一步地，在所述光纤分束设备中还包括：

设置于所述第一偏振光栅之前的输入光纤；

对所述输入光纤光束进行准直处理的第一准直器；

设置于所述1/4波片之后，以上下两区域分别对两束光路相互平行偏振态相互垂直的线偏振光进行同步聚焦处理的第二准直器；

与所述第二准直器所输出两束光束一一对应的两根输出用的保偏光纤。

本发明中，优选地，当所述第一束左旋圆偏振光和第四束左旋圆偏振光定义为+1级衍射光时，则所述第二束右旋圆偏振光和所述第三束优选圆偏振光为-1级衍射光；或者当所述第一束左旋圆偏振光和第四束左旋圆偏振光定义为-1级衍射光时，则所述第二束右旋圆偏振光和所述第三束优选圆偏振光为+1级衍射光。

优选地，所述第一偏振光栅的入射光垂直于所述第一偏振光栅入射。

综上，本发明偏振光栅是一种基于入射光的偏振态实现选择性分光的衍射光学元件，通过控制入射光的偏振态，偏振光栅能够调控正一阶和负一阶之间的能量分布；当入射光束偏振态不同时，偏振光栅具有不同的衍射特性。从而也使得本发明具有以下有益效果：

通过两片具有相同的衍射偏转性能的偏振光栅平行排列确保内部液晶分子的排布方向一致即可实现将一束入射光分成两束与该入射光平行出射的左旋和右旋圆偏振光，而且能便捷地通过调整两片偏振光栅的距离来调节出射两平行圆偏振光之间的距离，可以广泛应用于偏振理疗仪、光纤分束设备等不同应用场景中，并确保了分束前后光束之间视觉直观层面的方向一致性。另一方面，本发明分束后的两束圆偏振光与入射光的波长分布特性一致，避免了波长分布信息损失在不同应用场景中所带来的不利影响。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1至图3分别为本发明实施例的偏振光栅基于入射光的不同偏振态实现选择性分光的衍射示意图。

图4是本发明实施例的基于液晶偏振光栅的分光器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

本发明实施例公开一种基于液晶偏振光栅的分光器。

本实施例中，偏振光栅由液晶材料对其内部分子进行取向后制成，是一种基于入射光的偏振态实现选择性分光的衍射光学元件，通过控制入射光的偏振态，偏振光栅能够调控正一阶和负一阶之间的能量分布；当入射光束偏振态不同时，偏振光栅具有不同的衍射特性。

参照图1至图3，本实施例偏振光栅具体特性如下：

1、当偏振光栅入射光为非偏振光或线性偏振光时，偏振光栅同时有+1级和-1级衍射光，+1级衍射光为左旋圆偏振光，-1级衍射光为右旋圆偏振光。

2、当入射光为右旋圆偏振光时，则只有+1级衍射光，衍射光为左旋圆偏振光。

3、当入射光为左旋圆偏振光时，则只有-1级衍射光，衍射光为右旋圆偏振光。

4、当入射光为椭圆偏振光时，则同时存在+1级和-1级衍射光，并且两级衍射光束光强比值与入射光椭偏度相关。

本实施例基于液晶偏振光栅的分光器，如图4所示，包括：

第一偏振光栅100，用于将入射的非偏振光、线性偏振光或椭圆偏振光分成第一束左旋圆偏振光和第二束右旋圆偏振光。

第二偏振光栅200，用于将所述第一束左旋圆偏振光偏转成出射的第三束右旋圆偏振光，并将所述第二束右旋圆偏振光偏转成出射的第四束左旋圆偏振光。

其中，在所述第一偏振光栅与所述第二偏振光栅之间为空腔。

本实施例中，所述第一偏振光栅和所述第二偏振光栅具有相同的衍射偏转性能，所述第一偏振光栅与所述第二偏振光栅在所述分光器中平行排列且内部液晶分子的排布方向一致，以使得所述第三束右旋圆偏振光和所述第四束左旋圆偏振光平行于所述第一偏振光栅的入射光，且所述第三束右旋圆偏振光和所述第四束左旋圆偏振光与入射光的波长分布特性一致。优选地，所述第二偏振光栅为所述第一偏振光栅沿所述空腔平移的复制体，并通过调整所述第一偏振光栅与所述第二偏振光栅之间的距离来调节所述第三束右旋圆偏振光和所述第四束左旋圆偏振光之间的距离。

在图4中，第一偏振光栅的入射光垂直于第一偏振光栅入射。其原理即为图1中光路与图2和图3中逆向光路的组合体。基于该原理，当所述第一偏振光栅的入射光为斜入射时，其经第二偏振光栅出射的两束圆偏振光在视觉直观层面同样与入射光的方向保持一致。

本实施例中，入射光经第一偏振光栅后输出的第一束左旋圆偏振光和第二束右旋圆偏振光成一定的夹角，所述夹角的大小取决于所述第一偏振光栅的周期数(偏振光栅通常由局部区域中一系列排列方向大概一致的分子与相邻区域中另一方向大概也一致排列的一系列分子形成类似于传统光栅的栅线，偏振光栅的周期即指一系列区域之间分子排列方向的变化周期)，以结合所述夹角和所述第一偏振光栅与所述第二偏振光栅之间的距离来调节所述第三束右旋圆偏振光和所述第四束左旋圆偏振光之间的距离。

优选地，本实施例在所述第二偏振光栅之后还设有用于将第三束右旋圆偏振光和所述第四束左旋圆偏振光转换成两束光路相互平行偏振态相互垂直的线偏振光出射的1/4波片。

可选地，本实施例分光器可被设置于偏振理疗仪中。若该偏振理疗仪需要对两束出射光束取相同偏振态，则进一步在所述1/4波片之后还设有仅对其中一束线偏振光转换为与另一束线偏振光偏振态相同的1/2波片。

可选地，本实施例分光器还可被设置于光纤分束设备中。在该应用场景中，在所述光纤分束设备中通常还包括：设置于所述第一偏振光栅之前的输入光纤；对所述输入光纤光束进行准直处理的第一准直器；设置于所述1/4波片之后，以上下两区域分别对两束光路相互平行偏振态相互垂直的线偏振光进行同步聚焦处理(即将一个大的光斑缩束成小的光斑并保留其相位信息)的第二准直器；以及与所述第二准直器所输出两束光束一一对应的两根输出用的保偏光纤。

综上，本发明实施例公开的基于液晶偏振光栅的分光器，至少具有以下有益效果：

通过两片具有相同的衍射偏转性能的偏振光栅平行排列确保内部液晶分子的排布方向一致即可实现将一束入射光分成两束与该入射光平行出射的左旋和右旋圆偏振光，而且能便捷地通过调整两片偏振光栅的距离来调节出射两平行圆偏振光之间的距离，可以广泛应用于偏振理疗仪、光纤分束设备等不同应用场景中，并确保了分束前后光束之间视觉直观层面的方向一致性。另一方面，本发明分束后的两束圆偏振光与入射光的波长分布特性一致，避免了波长分布信息损失在不同应用场景中所带来的不利影响。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。