一种玻璃与冰洲石组合的类渥拉斯顿对称分束棱镜的制作方法

本发明属于光学元件的结构设计和材料选用领域，特别涉及一种玻璃与冰洲石组合的偏振棱镜。

背景技术：

随着偏振光学的发展，尤其是偏振检测技术的迅速发展，偏振棱镜一直是人们关注的对象，它是光路起偏、检偏的核心器件。目前一般采用冰洲石晶体制作偏振棱镜，但是天然的光学级冰洲石晶体资源日渐枯竭，寻找替代晶体或改进设计降低单只棱镜中冰洲石材料的消耗就成为研究热点。

技术实现要素：

本发明的目的在于通过新的棱镜设计，采用H-BaK8玻璃与冰洲石组合的方法，设计一种组合的类渥拉斯顿棱镜，降低50%的冰洲石材料消耗，同时具备渥拉斯顿棱镜的偏振功能，并且该棱镜的对称分束偏差要优于相同结构角的渥拉斯顿棱镜。

所述的H-BaK8玻璃是一种常见光学窗口材料，H-BaK8为光学领域对该玻璃的公认编号，作为一种光学玻璃，具备尺寸大、价格低的特点，其光学透过范围为290nm~2400nm，由其与冰洲石组合进行设计的类渥拉斯顿棱镜可以覆盖渥拉斯顿棱镜的透过范围，其关键技术是H-BaK8玻璃的折射率色散曲线近乎完美的位于冰洲石两主折射率色散曲线的中间，如图1所示，在与冰洲石组合时，通过结构设计，可以使非常光和寻常光通过棱镜时发生偏折，两光线偏折的角度近似相等，并且该组合棱镜具备双向使用的功能。

本发明采用的技术方案为两块直角棱镜通过空气隙、光胶或者树脂胶胶合在一起，形成长方体结构：所述的两直角棱镜材质本别是H-BaK8玻璃和冰洲石晶体；所述的冰洲石晶体为天然光学级冰洲石晶体；所述的两直角棱镜的通光面均为一个直角面和一个斜面；所述的两直角棱镜，通光面间的结构角相同；如图2所示，所述的冰洲石直角棱镜中光轴的方向平行于通光斜面和两直角面，或冰洲石直角棱镜中光轴的方向平行于通光直角面，垂直于非通光直角面，如图3所示；所述的组合棱镜具备双向使用的功能。

常规渥拉斯顿棱镜结构如图4所示，由两块冰洲石直角棱镜组成；本发明设计的玻璃与冰洲石组合的类渥拉斯顿棱镜比同规格渥拉斯顿棱镜减少50%的冰洲石材料使用量，同时H-BaK8玻璃价格远比冰洲石低廉，可以降低制造成本。

常规冰洲石渥拉斯顿棱镜为双向使用，如图4、5所示，即光线可以从棱镜的正反两个端面入射。本发明设计的玻璃与冰洲石组合的类渥拉斯顿棱镜，也保留了渥拉斯顿棱镜的这一使用特点，光线既可以从玻璃一端入射，从冰洲石一端出射，也可以从冰洲石一端入射，从玻璃一端出射，光路示意图如图6、7所示，具备双向使用的功能。

图8和图9分别为本发明所述类渥拉斯顿棱镜与常规渥拉斯顿棱镜对称分束偏差随波长和结构角变化的对比曲线，可以看出，该组合棱镜的对称分束偏差仅为相同结构渥拉斯顿棱镜的三分之一左右。

本发明的有益效果是：本发明设计的类渥拉斯顿棱镜制作成本低，光路分束对称性性能优于渥拉斯顿棱镜，对称分束角偏差仅约为渥拉斯顿棱镜的三分之一。

附图说明：

图1为H-BaK8玻璃的折射率色散曲线与冰洲石的两主折射率色散曲线之间关系示意图，其中no为冰洲石寻常光的主折射率，ne为冰洲石非常光的主折射率，n为H-BaK8玻璃的折射率；

图2为本发明所述的玻璃与冰洲石组合的类渥拉斯顿棱镜结构及正向使用光路示意图，其中圆点表示方向垂直于纸面；

图3为本发明所述的玻璃与冰洲石组合的类渥拉斯顿棱镜结构及正向使用光路示意图，其中双向箭头代表光轴的方向；

图4为冰洲石渥拉斯顿棱镜结构及正向使用光路示意图，其中圆点表示方向垂直于纸面；

图5为冰洲石渥拉斯顿棱镜结构及反向使用光路示意图，其中圆点表示方向垂直于纸面；

图6为本发明所述的玻璃与冰洲石组合的类渥拉斯顿棱镜结构反向使用光路示意图，其中圆点表示方向垂直于纸面；

图7为本发明所述的玻璃与冰洲石组合的类渥拉斯顿棱镜结构反向使用光路示意图，其中双向箭头代表光轴的方向；

图8为棱镜正向使用时组合棱镜的对称分束偏离角与常规渥拉斯顿棱镜对称分束偏离角随入射光波长变化关系的对比曲线图，此时棱镜的结构角取值为30.00︒，其中Δ1是常规渥拉斯顿棱镜的对称分束偏差，Δ2是本发明组合棱镜的对称分束偏差；

图9为棱镜正向使用时组合棱镜的对称分束偏离角与常规渥拉斯顿棱镜对称分束偏离角随结构角变化关系的对比曲线图，此时取入射光波长为632.8nm，其中Δ1是常规渥拉斯顿棱镜的对称分束偏差，Δ2是本发明组合棱镜的对称分束偏差。

具体实施方式：

实施例一：如图2所示，组成偏振棱镜的两直角棱镜结构相同，材质分别是H-BaK8玻璃和冰洲石，冰洲石直角棱镜的光轴平行于通光斜面和两直角面，通光斜面与通光直角面间的结构角为25.00︒，取入射光波长为632.8nm，此时，H-BaK8光学玻璃的折射率为1.57041，冰洲石晶体的非常光主折射率为1.48515，寻常光主折射率为1.65567，根据折射定律，可得此时棱镜的分束角为4.56︒，对称分束偏差为0.03︒；将棱镜反向使用，如图6所示，根据折射定律，可得此时棱镜的分束角为4.56︒，对称分束偏差为0.03︒。

实施例二：如图3所示，组成偏振棱镜的两直角棱镜结构相同，材质分别是H-BaK8玻璃和冰洲石，冰洲石直角棱镜的光轴平行于通光直角面，垂直于非通光直角面，通光斜面与通光直角面间的结构角为30.00︒，取入射光波长为632.8nm，此时，H-BaK8光学玻璃的折射率为1.57041，冰洲石晶体的非常光主折射率为1.48515，寻常光主折射率为1.65567，根据折射定律，可得此时棱镜的分束角为5.65︒；对称分束偏差为0.05︒；将棱镜反向使用，如图7所示，根据折射定律，可得此时棱镜的分束角为5.65︒，对称分束偏差为0.05︒。

实施例三：如图2所示，组成偏振棱镜的两直角棱镜结构相同，材质分别是H-BaK8玻璃和冰洲石，冰洲石直角棱镜的光轴平行于通光斜面和两直角面，通光斜面与通光直角面间的结构角为35.00︒，取入射光波长为632.8nm，此时，H-BaK8光学玻璃的折射率为1.57041，冰洲石晶体的非常光主折射率为1.48515，寻常光主折射率为1.65567，根据折射定律，可得此时棱镜的分束角为6.85︒；对称分束偏差为0.09︒；将棱镜反向使用，如图6所示，根据折射定律，可得此时棱镜的分束角为6.85︒，对称分束偏差为0.09︒。