专利名称：具有高偏振态空间杂乱分布的光学退偏器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学退偏器。
背景技术：
光是电磁波，1809年法国工程师马吕斯在实验中发现了光的偏振现象。对于光的偏振现象研究，使对光的传播规律有了新的认识。特别是近年来利用光的偏振性开发出来的各种偏振光元件、偏振光仪器和偏振光技术在现代科学技术中发挥了重要的作用。人们发明和发现了许许多多的偏振光源和起偏器件，能对非偏振光进行起偏，并在人类生活的各个领域获得了广泛应用。然而，在一些情况下偏振光会对系统产生负面的影响。人们对于偏振光对光学仪器测量精度、光通信系统质量及传感器精度影响已经做了一些研究。许多光电探测器由于有一定的晶格方向，如光电倍增管，都存在偏振敏感性。 在光通信系统中，随着通信技术的飞速发展，在传输速率提高的同时，通信系统对光纤中的偏振模色散、电光调制器中的偏振相关调制，以及光放大器中的偏振相关增益、偏振烧洞等一系列由偏振引起的损害也越来越敏感。偏振效应同样对某些光纤传感器的精度产生影响，与偏振态相关的相位很容易受到外界环境因素影响，导致产生一个相应的随机相位变化，并叠加到有用的相位信号中去，在信号检测中形成衰落。在这些情况下，有效的办法是在光源之后或者探测器之前使用退偏器，以减少甚至消除偏振光对光学系统产生的影响。退偏器是一种将偏振光变成非偏振光的器件，可以有效地消除偏振损害，解决光纤通信系统、测量仪器及传感器中的偏振相关问题。目前研制和发展出的退偏器根据其原理和结构可以分为空间平均法、时间平均法、光谱平均法和能量平均法四大类。但是每种退偏器都有自身的缺陷和不足，有的退偏器只能对连续光进行退偏，有的只能对宽光谱光源进行退偏，有的利用散射效应作为退偏机理会使光偏离原方向且会引起较大的强度损失，只有通过自身的需求去设计以满足自身器件和系统的需求。针对单色脉冲光，一般只采用空间平均退偏法。已有的单色退偏器出射光偏振态存在条形带状分布的问题。条形带状区域内有较一致的偏振态，不利于实际应用。随着对光偏振现象研究的深入和退偏振技术的发展，针对空间平均的退偏方法输出光偏振态分布不够杂乱分布的缺点，设计一种适用于单色脉冲光的晶体光楔退偏器，能够对任意偏振态的单色脉冲光实现退偏，且在保证出射光整体的平均偏振度为零的基础上，能够提高偏振态杂乱分布的退偏振质量。如图1所示，中国实用新型ZL200420060393. 7公开了一种对入射光偏振方向不敏感的单色退偏器，其为了克服之前已有技术中对入射的单色光不断变化的偏振面不能完全退偏光束的不足，提供了一种对入射光偏振方向不敏感的单色退偏器，目的在于要对偏振方向未知或经常变化的入射单色光进行完全退偏。该实用新型对入射光偏振方向不敏感的单色退偏器含有两块双折射石英晶体2、4及三块融石英玻璃1、3、5，石英晶体2和石英晶体4的光轴垂直与入射光束(入射光束沿主轴方向入射)，对光具有双折射作用，且两者的光轴成45度夹角。石英晶体2和石英晶体4的两端面均是倾斜面，且倾斜面是在相互垂直方向上倾斜的；与石英晶体匹配的融石英玻璃1、3、5，对光不具有双折射效应，即对入射光各向同性，但与石英晶体2、4的折射率非常接近，融石英玻璃1、5单端有倾斜面，融石英玻璃 3的两端均设置为倾斜面。双折射石英晶体2的一端倾斜面和融石英玻璃1的单端倾斜面匹配，双折射石英晶体2的另一端与融石英玻璃3的一端倾斜面匹配，双折射晶体4的一端倾斜面与融石英玻璃3的另一端倾斜面相匹配，另一端的倾斜面与融石英玻璃5的单端倾斜面相匹配。其连接关系为融石英玻璃1、双折射石英晶体2、融石英玻璃3、双折射石英晶体4、融石英玻璃5各个光学面之间依次以光胶形式相互连接。现有的光学退偏器，出射光偏振态空间上存在偏振态的连续条形带状分布的问题，条形带状区域内有较一致的偏振态，会引起区域内的光功率过大或过小，光束平面内各区域之间的光功率不均勻，不利于实际应用。随着对光偏振现象研究的深入和退偏振技术的发展，需要设计制作一种具有高偏振态空间杂乱分布的光学退偏器，实现偏振态在通光平面内二维方向的杂乱变化，在保证出射光整体的平均偏振度为零的基础上，改善了退偏振光的空间分布均勻性，提高退偏振质量。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种适用于单色脉冲光的具有高偏振态空间杂乱分布的光学退偏器，在保证对于任意偏振态的入射光都可实现有效退偏的基础上，并且减弱退偏后的出射光偏振态在其横截面内的条形带状分布特性，实现偏振态在通光平面内二维方向的杂乱变化，提高偏振态的空间分布均勻性，从而提高退偏振质量。实现本发明的技术方案如下
具有高偏振态空间杂乱分布的光学退偏器，入射面与出射面平行，且与入射光束相垂直，其特征在于它由三块以上的双折射晶体依次以光胶连接而成，各双折射晶体的光轴都与入射光束相垂直，至少有两个相邻的双折射晶体的光轴成45度角；双折射晶体间的结合面至少有两个面是倾斜面，各倾斜面的倾斜方向是不同的，倾斜角为2 10度。进一步的，所述光学退偏器由三块双折射晶体依次以光胶连接而成，三块双折射晶体间的两个结合面均为倾斜面，且两倾斜面是在相互垂直方向上倾斜。进一步的，三块双折射晶体依次为第一双折射晶体、第二双折射晶体和第三双折射晶体；第一双折射晶体与第二双折射晶体的光轴成45度角，第二双折射晶体与第三双折射晶体的光轴成15 30度进一步的，所述光学退偏器由四块双折射晶体依次以光胶连接而成，四块双折射晶体分别为第一双折射晶体、第二双折射晶体、第三双折射晶体和第四双折射晶体；第一双折射晶体与第二双折射晶体之间的光轴成45度角，其结合面是倾斜面；第三双折射晶体与第四双折射晶体之间的光轴成45度角，其结合面是倾斜面。进一步的，第二双折射晶体与第三双折射晶体的结合面与入射面平行。进一步的，第一双折射晶体与第二双折射晶体的组合与第三双折射晶体与第四双折射晶体的组合是相同的，第一双折射晶体与第三双折射晶体之间的光轴成15 30度角。进一步的，所述光学退偏器由六块双折射晶体依次以光胶连接而成，六块双折射晶体分别为第一双折射晶体、第二双折射晶体、第三双折射晶体、第四双折射晶体、第五双折射晶体和第六双折射晶体，第一双折射晶体、第二双折射晶体以及第三双折射晶体的组
4合与第四双折射晶体、第五双折射晶体以及第六双折射晶体的组合是相同的，第一双折射晶体与第二双折射晶体之间的光轴成45度角，第二双折射晶体与第三双折射晶体之间的光轴垂直；第一双折射晶体与第四双折射晶体之间的光轴成15 30度角；第一双折射晶体、第二双折射晶体以及第三双折射晶体之间的两个结合面均为倾斜面，且两倾斜面是在相互垂直方向上倾斜；第三双折射晶体之间与第四双折射晶体之间的结合面与入射面平行。本发明可根据入射光束的光斑形状制作长方体、圆柱体、椭圆柱体等形状。本发明可以由三块以上双折射晶体及与之匹配的透明介质构成。晶体斜面结构、 光轴方向组合可以更加复杂。双折射晶体可以为石英晶体、方解石、红宝石等，根据所选择的双折射晶体的折射率选择合适的折射率匹配介质。本发明提供一种适用于单色脉冲光的光学退偏器，在保证对于任意偏振态的入射光都可实现有效退偏的基础上，通过两组退偏晶体的组合，提供多角度的光轴方向和晶体斜面结构，可以减弱空间光束的偏振态条形带状一致性分布。经过本发明退偏器后，退偏后的出射光在通光平面内能够实现偏振态在二维方向的杂乱变化，条形带状分布明显减弱， 有效地提高偏振态的空间分布均勻性，从而改善了退偏振质量。
图1是现有技术中的一种光学退偏器； 图2是两块晶体光楔构成的普通退偏器；
图3是经双光楔退偏器退偏后偏振态分布图； 图4是经双光楔退偏器退偏后的检偏后的光强分布示意图； 图5是由三块晶体光楔构成的具有高偏振态空间杂乱分布的新型退偏器； 图6是经三光楔退偏器退偏后偏振态分布图； 图7是由四块石英晶体构成的退偏器结构示意图； 图8是图7所示退偏器的各晶体的光轴角度示意图； 图9是由六块石英晶体构成的退偏器结构示意图； 图10是图9所示退偏器的各晶体的光轴角度示意图11是偏振方向与第一双折射晶体光轴方向为0度入射光经过普通双光楔晶体退偏器退偏后的光强分布图12是偏振方向与第一双折射晶体光轴方向为30度入射光经过普通双光楔晶体退偏器退偏后的光强分布图13是偏振方向与第一双折射晶体光轴方向为45度入射光经过普通双光楔晶体退偏器退偏后的光强分布图14是偏振方向与第一双折射晶体光轴方向为60度入射光经过普通双光楔晶体退偏器退偏后的光强分布图15是偏振方向与第一双折射晶体光轴方向为90度入射光经过普通双光楔晶体退偏器退偏后的光强分布图16是实施例1中0度入射光经退偏后的光强分布图；图17是实施例1中35度入射光经退偏后的光强分布图； 图18是实施例1中45度入射光经退偏后的光强分布图； 图19是实施例1中60度入射光经退偏后的光强分布图； 图20是实施例1中90度入射光经退偏后的光强分布图； 图21是实施例2中0度入射光经退偏后的光强分布图； 图22是实施例2中35度入射光经退偏后的光强分布图； 图23是实施例2中45度入射光经退偏后的光强分布图； 图M是实施例2中60度入射光经退偏后的光强分布图； 图25是实施例2中90度入射光经退偏后的光强分布图； 图26是实施例3中0度入射光经退偏后的光强分布图； 图27是实施例3中35度入射光经退偏后的光强分布图； 图观是实施例3中45度入射光经退偏后的光强分布图； 图四是实施例3中60度入射光经退偏后的光强分布图； 图30是实施例3中90度入射光经退偏后的光强分布图。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明具有高偏振态空间杂乱分布的光学退偏器作具体描述。实施例1
如图5所示，由三块石英晶体构成的具有高偏振态空间杂乱分布的光学退偏器，其连接光系为石英晶体51、石英晶体52、石英晶体53，设计为长方体形状。相对于入射光方向， 石英晶体51前端面和石英晶体53后端面垂直于入射光，石英晶体52前端面与后端面在两个相互垂直的方向上倾斜，倾斜角度为4度，晶体之间相互匹配并以光胶形式连接。三块晶体的光轴方向均垂直于入射光方向，互相既不垂直也不平行，相对于第一块晶体光轴方向依次成0度、45度、60度(规定沿着入射光方向顺时针方向为正的)。实施例2
如图7所示，由四块石英晶体构成本实施例组合结构示意图，图8是四条晶体光轴方向的示意图。图中，第一套组合石英晶体71、72，石英晶体71的快轴与y轴夹角θ71=0，石英晶体72的快轴与y轴夹角θ72=π/4。石英晶体71的前端面垂直于入射光方向，后端面绕 χ轴旋转倾斜；石英晶体72的前端面与石英晶体71的后端面贴合，后端面垂直于入射光方向。第二套组合石英晶体73，74与第一套组合石英晶体71，72结构相同，并且沿入射方向顺时针旋转30度，石英晶体73，74光轴方向与y轴夹角θ 73、θ 74分别为30度、75度。相对于入射光方向，石英晶体71前端面和石英晶体72后端面垂直于入射光，石英晶体71后端面与石英晶体72的前端面倾斜，倾斜角度为4度，晶体之间相互匹配并以光胶形式连接。
实施例3
如图9所示，是由六块石英晶体构成本实施例的整体组合结构示意图，图10是六块晶体光轴方向的示意图。 由六块石英晶体构成的具有高偏振态空间杂乱分布的光学退偏器分为两套，每套组合晶体包括3块石英晶体，其连接光系为石英晶体91、石英晶体92、石英晶体93、石英晶体94、石英晶体95、石英晶体96，设计为长方体形状。相对于入射光方向，石英晶体91 前端面和石英晶体93后端面垂直于入射光，石英晶体92前端面与后端面在两个相互垂直的方向上倾斜，倾斜角度为4度，晶体之间相互匹配并以光胶形式连接。第二套组合石英晶体94、95以及96与第一套组合石英晶体91、92以及93结构相同，两套晶体前后贴合，二者围绕入射光方向相对旋转30度。石英晶体91的快轴与y轴夹角θ91=0，石英晶体92的快轴、石英晶体93的快轴方向与y轴夹角θ92、θ 93分别为45度、-45度；第二套组合石英晶体94、95以及96的快轴方向与y轴夹角θ 94、θ 95、θ ^5分别为30度、75度、15度。
权利要求
1.具有高偏振态空间杂乱分布的光学退偏器，入射面与出射面平行，且与入射光束相垂直，其特征在于它由三块以上的双折射晶体依次以光胶连接而成，各双折射晶体的光轴都与入射光束相垂直，至少有两个相邻的双折射晶体的光轴成45度角；双折射晶体间的结合面至少有两个面是倾斜面，各倾斜面的倾斜方向是不同的，倾斜角为2 10度。
2.根据权利要求1所述的光学退偏器，其特征在于由三块双折射晶体依次以光胶连接而成，三块双折射晶体间的两个结合面均为倾斜面，且两倾斜面是在相互垂直方向上倾斜。
3.根据权利要求2所述的光学退偏器，其特征在于三块双折射晶体依次为第一双折射晶体、第二双折射晶体和第三双折射晶体；第一双折射晶体与第二双折射晶体的光轴成 45度角，第二双折射晶体与第三双折射晶体的光轴成15 30度角。
4.根据权利要求1所述的光学退偏器，其特征在于由四块双折射晶体依次以光胶连接而成，四块双折射晶体分别为第一双折射晶体、第二双折射晶体、第三双折射晶体和第四双折射晶体；第一双折射晶体与第二双折射晶体之间的光轴成45度角，其结合面是倾斜面；第三双折射晶体与第四双折射晶体之间的光轴成45度角，其结合面是倾斜面。
5.根据权利要求4所述的光学退偏器，其特征在于第二双折射晶体与第三双折射晶体的结合面与入射面平行。
6.根据权利要求5所述的光学退偏器，其特征在于第一双折射晶体与第二双折射晶体的组合与第三双折射晶体与第四双折射晶体的组合是相同的，第一双折射晶体与第三双折射晶体之间的光轴成15 30度角。
7.根据权利要求1所述的光学退偏器，其特征在于由六块双折射晶体依次以光胶连接而成，六块双折射晶体分别为第一双折射晶体、第二双折射晶体、第三双折射晶体、第四双折射晶体、第五双折射晶体和第六双折射晶体，第一双折射晶体、第二双折射晶体以及第三双折射晶体的组合与第四双折射晶体、第五双折射晶体以及第六双折射晶体的组合是相同的，第一双折射晶体与第二双折射晶体之间的光轴成45度角，第二双折射晶体与第三双折射晶体之间的光轴垂直；第一双折射晶体与第四双折射晶体之间的光轴成15 30度角； 第一双折射晶体、第二双折射晶体以及第三双折射晶体之间的两个结合面均为倾斜面，且两倾斜面是在相互垂直方向上倾斜；第三双折射晶体之间与第四双折射晶体之间的结合面与入射面平行。
全文摘要
本发明公开了一种具有高偏振态空间杂乱分布的光学退偏器，入射面与出射面平行，且与入射光束相垂直，其特征在于它由三块以上的双折射晶体依次以光胶连接而成，各双折射晶体的光轴都与入射光束相垂直，至少有两个相邻的双折射晶体的光轴成45度角；双折射晶体间的结合面至少有两个面是倾斜面，各倾斜面的倾斜方向是不同的，倾斜角为2～10度。本发明可以减弱空间光束的偏振态条形带状一致性分布。经过本发明退偏器后，退偏后的出射光在通光平面内能够实现偏振态在二维方向的杂乱变化，条形带状分布明显减弱，有效地提高偏振态的空间分布均匀性，从而改善了退偏振质量。
文档编号G02B27/28GK102183848SQ20111012375
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者余健辉, 张军, 罗英达, 葛菁华, 陈哲, 陈春艳 申请人:暨南大学