一种宽场、消色差横向剪切双折射分束器的制造方法
【专利说明】-种宽场、消色差横向剪切双折射分束器 【技术领域】
[0001] 本发明属于晶体光学器件领域，设及一种分束器，具体设及一种宽场、消色差横向 剪切双折射分束器。 【【背景技术】】
[0002] 目前，已报道的大多数基于双折射晶体的横向剪切分束器，一般都采用两块光轴 分别位于XZ平面、yz平面，且与XZ轴正向、yz轴正向成45°夹角的单轴晶体平板粘贴组成，此 种分束器在入射角较大的时候，会出现条纹弯曲，获取直条纹的视场被限制在很小的入射 角之内，运会抑制系统的光通量；由于双折射晶体自身存在的色散，光程差在波数维会出现 非均匀采样，使得光谱与干设图之间不再满足傅里叶变换关系，通过傅里叶变换复原的光 谱就会出现不同程度的失真，造成光谱崎变;并且横向剪切量也随波长变化，使获取的图像 变得模糊。 【
【发明内容】
】
[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种宽场、消色差横向剪切双 折射分束器。该分束器采用两块由YV化制作的厚度相等、光轴分别位于XZ与yz平面且与均Z 轴垂直的晶体平板对(第一单轴晶体平板和第二单轴晶体平板），与两块分别由α-ΒΒΟ制作 (第Ξ单轴晶体平板和第四单轴晶体平板)和两块由YV04制作(第五单轴晶体平板和第六单 轴晶体平板）的Savart偏光镜粘贴组成。晶体平板对用于扩展获取直条纹的视场，两块 5曰乂曰的偏光镜用于抑制光程差与剪切量的色散效应。该分束器克服了传统双折射分束器视 场小、图像模糊与光程差非均匀采样的缺点，可W在宽场(大入射角)情况下获得直干设条 纹，复原光谱精度高，且产生的剪切量与光程差不随波长变化。
[0004] 为达到上述目的，本发明采用W下技术方案予W实现：
[0005] -种宽场、消色差横向剪切双折射分束器，包括沿入射光传播方向依次排列组成 的第一单轴晶体平板、第二单轴晶体平板、第Ξ单轴晶体平板、第四单轴晶体平板、第五单 轴晶体平板W及第六单轴晶体平板;第一单轴晶体平板和第二单轴晶体平板由YW)4制成， 厚度均为ti;第Ξ单轴晶体平板、第四单轴晶体平板由α-ΒΒΟ制成，厚度均为t2;第五单轴晶 体平板和第六单轴晶体平板由YV〇4制成，厚度均为t3 ;其中，tl、t2、t3同时满足如下两式：
[0006]
[0007]
[0008] 式中n〇、ne分别为单轴晶体的主折射率，ληιη为探测波段的起始波长，λ〇为探测波段 的中屯、波长，imax为最大入射角。
[0009] W主光轴为Z轴，构建满足右手定则的xyz直角坐标系，第一单轴晶体平板、第Ξ单 轴晶体平板、第五单轴晶体平板的光轴在XZ平面内，第一单轴晶体平板光轴与X轴平行，第 Ξ单轴晶体平板与第五单轴晶体平板的光轴均与XZ轴正向或负向成45°夹角；第二单轴晶 体平板、第四单轴晶体平板、第六单轴晶体平板的光轴在yz平面内，第二单轴晶体平板的光 轴平行于y轴，第四单轴晶体平板与第六单轴晶体平板的光轴均与yz轴正向或负向成45°夹 角。
[0010] 与现有技术相比，本发明具有W下有益效果：
[0011] 本发明设及的分束器可作为干设仪与干设型成像光谱仪的分光器件，它将入射的 一束光线分为两束，运两束光在通过本分束器后相遇发生干设，产生干设图。根据傅里叶变 换光谱学原理，通过对干设图做傅里叶变换即可获得目标的光谱信息；由于获取直干设条 纹的视场角有所增大，因此具有高通量的优点;光程差与剪切量的色散得到抑制，因此可W 获得相对精确的复原光谱与高质量的目标图像。本发明宽场消色差的双折射分束器与相同 尺寸的传统横向剪切的双折射分束器(Savart偏光镜)比较，获取直条纹的视场有明显的扩 展，光程差与剪切量的色散同时得到了有效的抑制。本发明可W在入射角较大的时候获得 直条纹，并且可W同时使得光程差与剪切量不随波长变化，基于其研制的成像光谱系统，可 W在大视场条件下获得精确的复原光谱。 【【附图说明】】
[0012] 图1为本发明的结构原理图；
[0013] 图2为最大视场角随ti的变化曲线；
[0014] 图3(a)为传统5曰乂曰的偏光镜的视场干设图；
[0015] 图3(b)为本发明的视场干设图；
[0016] 图4为Ad随波长的变化曲线；
[0017] 图5为本发明的光程差随波长与入射角的变化曲面。 【【具体实施方式】】
[0018] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0019]参见图1，本发明采用YV〇4/a-BBO/YVO^^明治结构，包括沿入射光传播方向依次 排列组成的第一单轴晶体平板1、第二单轴晶体平板2、第Ξ单轴晶体平板3、第四单轴晶体 平板4、第五单轴晶体平板5W及第六单轴晶体平板6。第一单轴晶体平板1和第二单轴晶体 平板袖YV04制成，厚度均为如第立单轴晶体平板3、第四单轴晶体平板4由α-ΒΒΟ制成，厚度 均为t2;第五单轴晶体平板5和第六单轴晶体平板6由YV化制成，厚度均为t3。构建xyz直角坐 标系(满足右手定则），设主光轴为Z轴。第一单轴晶体平板1、第Ξ单轴晶体平板3、第五单轴 晶体平板5的光轴在XZ平面内，第一单轴晶体平板1光轴与X轴平行，第Ξ单轴晶体平板3与 第五单轴晶体平板5的光轴均与XZ轴正向（或负向）成45°夹角;第二单轴晶体平板2、第四单 轴晶体平板4、第六单轴晶体平板6的光轴在yz平面内，第二单轴晶体平板2的光轴平行于y 轴，第四单轴晶体平板4与第六单轴晶体平板6的光轴均与yz轴正向（或负向）成45°夹角。
[0020] 本发明的原理：
[0021] 本发明所设及的分束器将入射的一束光线分为两束，运两束光之间的光程差为
[0022] Δ t = A(；cos ω+sin ω )sini+B(cos2 ω-sin2 ω )sin2i (1)
[0023] 其中，
[0030] 上式中ω为第一单轴晶体平板1主截面与入射面的夹角，一般情况下取ω =0% i 为入射角，η。为单轴晶体的正常折射率，ne为单轴晶体的反常折射率，λ日为应用波段的中屯、 波长。
[0031] 由于α-ΒΒΟ与YW4属于异性晶体材料，与对波片消色差的原理类似，即当ti、t2满足 如下关系时可W实现剪切量在中屯、波长附近消色差的效果：
[00创
巧)
[0033] 获取直条纹的最大视场角可由准零程差条件确定：
[0034]
(5)
[0035] 上式中ληιη为探测波段的起始波长。
[0036] 可W得到：
[0037]
[0038] imax为获取直条纹的最大视场角。
[0039] 由W上分析可知，在t2、t3确定W后，最大视场角随ti的增加而增加，在最大视场角 W内，光程差可W表示为：
[0040]
(7)
[0041] 因此，在假定了本发明使用的波段与中屯、波长处的剪切量时，可W通过式（2)和 (4)式确定t2、t3,再通过(6)式选择ti的厚度来扩展视场。
[0042] 假定使用波段为0.4μηι~Ιμηι(中屯、波长为0 .化m)，且中屯、波长处的剪切量为 0.5mm，由（2)、（4)式可得第3、4晶体板厚度均为6.7mm，第5、6晶体板厚度均为1.4mm;由（6) 式可W得到最大视场角随ti的变化曲线，如图2所示。可W看到，当ti = 2.4mm时，最大视场角 达到了25°左右，此时本发明设及的分束器(AWSP)总厚度约为20mm。
[0043] 与具有相同尺寸的Savad(SP)偏光镜（由α-ΒΒΟ制作，单板厚度为1cm，表面尺寸为 30mmX30mm，最大孔径角为56°)比较：
[0044] 由准零程差条件可W确定SP获取直条纹的最大视场角为1.45°。
[0045] 图3为模拟的视场干设图，α、β分别为视场角在XZ平面与yz平面的投影。图3(a)对 应SP，图3 (b)对应AWSP。可W看到，AWSP获取直条纹的视场约为SP的17倍。
[0046] 图4为Ad随波长的变化曲线。虚线代表SP，实线代表AWSP。可W看出，与SP相比， AWSP的Ad明显减小，运说明剪切量的色散得到了有效的抑制，可W获取更加清晰的目标图 像。
[0047] 图5为AWSP光程差随波长与入射角的变化曲面。可W看出，光程差随入射角线性变 化，随波长几乎不变，运说明AWSP可W克服由色散引起的光程差非均匀采样。
[0〇4引 W上内容仅为说明本发明的技术思想，不能W此限定本发明的保护范围，凡是按 照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书 的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种宽场、消色差横向剪切双折射分束器，其特征在于:包括沿入射光传播方向依次 排列组成的第一单轴晶体平板（1)、第二单轴晶体平板(2)、第三单轴晶体平板(3)、第四单 轴晶体平板(4)、第五单轴晶体平板(5)以及第六单轴晶体平板(6);第一单轴晶体平板（1) 和第二单轴晶体平板(2)由YV0 4制成，厚度均为t1;第三单轴晶体平板(3)、第四单轴晶体平 板(4)由α-ΒΒΟ制成，厚度均为t 2;第五单轴晶体平板(5)和第六单轴晶体平板(6)由YV04制 成，厚度均为t3;其中，ti、t 2、t3同时满足如下两式：式中n。、!^分别为单轴晶体的主折射率，ληιη为探测波段的起始波长，λ〇为探测波段的中 心波长，imax为最大入射角。2. 根据权利要求1所述的宽场、消色差横向剪切双折射分束器，其特征在于：以主光轴 为Z轴，构建满足右手定则的xyz直角坐标系，第一单轴晶体平板（1)、第三单轴晶体平板 (3)、第五单轴晶体平板(5)的光轴在xz平面内，第一单轴晶体平板(1)光轴与X轴平行，第三 单轴晶体平板(3)与第五单轴晶体平板(5)的光轴均与xz轴正向或负向成45°夹角；第二单 轴晶体平板(2)、第四单轴晶体平板(4)、第六单轴晶体平板(6)的光轴在yz平面内，第二单 轴晶体平板(2)的光轴平行于y轴，第四单轴晶体平板(4)与第六单轴晶体平板(6)的光轴均 与yz轴正向或负向成45°夹角。
【专利摘要】本发明公开了一种宽场、消色差横向剪切双折射分束器，该分束器由六块单轴晶体平板沿入射光传播方向依次拼接组成，前置两块厚度相等的平板由YVO4制作，光轴分别位于xz平面与yz平面，光轴均与z轴成90°夹角；中间两块平板厚度相等的平板由α-BBO制成，光轴分别位于xz与yz轴平面，光轴均与xz轴正向、yz轴正向成45°夹角；最后两块厚度相等的平板由YVO4制成，光轴分别位于xz与yz平面，光轴均与xz轴正向(或负向)、yz轴正向(或负向)成45°夹角。探测波段处于0.4μm～1μm的可见、近红外谱段，中心波长位于0.7μm；三组平板的单板厚度分别为2.4mm、6.7mm和1.4mm，此时获取直条纹的视场角可以达到25°，同时光程差与剪切量的色散也得到了有效的抑制。
【IPC分类】G02B1/02, G02B27/10
【公开号】CN105629485
【申请号】CN201610012963
【发明人】张淳民, 权乃承, 穆廷魁
【申请人】西安交通大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年1月8日