一种冰洲石与玻璃组合的类双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，特别涉及一种冰洲石与玻璃组合的偏振棱镜。

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，寻找替代该晶体或改进设计降低单只棱镜中冰洲石晶体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结构设计，采用冰洲石晶体与光学玻璃组合的方法，设计一种组合的类双渥拉斯顿对称分束棱镜，降低50%的冰洲石晶体材料消耗，同时具备双渥拉斯顿棱镜的偏振功能，并且本发明设计的组合棱镜对称分束偏差要优于相同结构角的双渥拉斯顿棱镜。

本发明采用的技术方案为两块直角棱镜与等腰棱镜之间通过树脂胶、光胶或空气隙胶合在一起，如图1所示，形成长方体结构：所述的两直角棱镜材质是冰洲石晶体，等腰棱镜的材质是h-bak8光学玻璃；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；所述的等腰棱镜的通光面为相邻的两个斜面；所述的等腰棱镜通光面之间的结构角为直角棱镜结构角的两倍；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；所述的h-bak8光学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，由其与冰洲石晶体组合进行设计的类双渥拉斯顿对称分束棱镜可以覆盖双渥拉斯顿棱镜的透过范围，其关键技术是h-bak8光学玻璃的折射率色散曲线近乎完美的位于冰洲石晶体两主折射率色散曲线的中间，如图2所示；在与冰洲石晶体组合时，通过结构设计，如图3所示，可以使非常光和寻常光通过棱镜时发生偏折，根据折射定律，两光线偏折的角度近似相等。

常规双渥拉斯顿棱镜结构及光路如图4、图5所示，由两块冰洲石直角棱镜和一块冰洲石等腰棱镜组成；本发明设计的冰洲石与玻璃组合的类双渥拉斯顿对称分束棱镜比同规格双渥拉斯顿棱镜减少50%的冰洲石晶体材料使用量，同时h-bak8光学玻璃价格远比冰洲石低廉，可以降低制造成本。

本发明设计的冰洲石与玻璃组合的类双渥拉斯顿对称分束棱镜是两端对称结构，具备双向使用的特点，并且双向起偏分束效果相同。

图6和图7分别为本发明所述类双渥拉斯顿对称分束棱镜与冰洲石双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：在入射光波长给定的情况下，本发明所述的类双渥拉斯顿对称分束棱镜的对称分束偏差仅为相同结构的双渥拉斯顿棱镜对称分束偏差的四分之一左右；在结构角给定的情况下，本发明所述的类双渥拉斯顿对称分束棱镜的对称分束偏差低于相同结构的双渥拉斯顿棱镜对称分束偏差的二分之一。

本发明的有益效果是：节省冰洲石晶体材料，棱镜制作成本低，分束对称性性能要优于双渥拉斯顿棱镜。

附图说明：

图1为本发明所述的冰洲石与玻璃组合的类双渥拉斯顿对称分束棱镜的结构示意图，其中双向箭头代表光轴的方向；

图2为本发明采用的h-bak8光学玻璃的折射率色散曲线与冰洲石晶体的两主折射率色散曲线之间的关系示意图，其中no为冰洲石晶体中寻常光的主折射率，ne为冰洲石晶体中非常光的主折射率，n为h-bak8光学玻璃的折射率；

图3为本发明所述的冰洲石与玻璃组合的类双渥拉斯顿对称分束棱镜的光路示意图，其中圆点代表光轴的方向；

图4为冰洲石双渥拉斯顿棱镜结构示意图，其中双向箭头代表光轴的方向；

图5为冰洲石双渥拉斯顿棱镜光路示意图，其中圆点表示方向垂直于纸面；

图6为本发明所述的冰洲石与玻璃组合的类双渥拉斯顿对称分束棱镜的对称分束偏差与双渥拉斯顿棱镜对称分束偏差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是双渥拉斯顿棱镜的对称分束偏差，δ2是本发明所述的冰洲石与玻璃组合的类双渥拉斯顿棱镜的对称分束偏差；

图7为本发明所述的冰洲石与玻璃组合的类双渥拉斯顿对称分束棱镜的对称分束偏差与双渥拉斯顿棱镜对称分束偏差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是双渥拉斯顿棱镜的对称分束偏差，δ2是本发明所述的冰洲石与玻璃组合的类双渥拉斯顿棱镜的对称分束偏差。

具体实施方式：

实施例一：如图1和图3所示，组成偏振棱镜的两直角棱镜和等腰棱镜材质分别是冰洲石晶体和h-bak8光学玻璃，其中两直角棱镜结构相同，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，此时棱镜的分束角为9.13°，对称分束偏差为0.05°。

实施例二：如图1和图3所示，组成偏振棱镜的两直角棱镜和等腰棱镜材质分别是冰洲石晶体和h-bak8光学玻璃，其中两直角棱镜结构相同，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，此时棱镜的分束角为11.32°，对称分束偏差为0.10°。

技术特征：

技术总结
本发明属于光学元件的结构设计和材料选用领域，特别涉及一种冰洲石与玻璃组合的偏振棱镜。该方法采用冰洲石与玻璃组合，设计出了一种三元结构的双输出偏振分束棱镜，具有类似于双渥拉斯顿棱镜的偏振分束效果，该组合棱镜分束的对称性能优于相同结构角的双渥拉斯顿棱镜，同时还可以节省50%的冰洲石晶体材料。

技术研发人员：韩培高;闫玉甫
受保护的技术使用者：曲阜师范大学
技术研发日：2017.05.08
技术公布日：2017.07.14