一种深紫外耦合偏振棱镜的制作方法

本发明专利属于光学元器件的结构设计和材料选用领域领域，尤其是一种深紫外耦合偏振棱镜。

背景技术：

随着紫外光学技术，尤其是紫外及深紫外测试、加工仪器的迅速发展，深紫外偏振器件一直是人们关注的对象，它是构成一些深紫外测试加工仪器的核心部件之一，例如深紫外一可见光分光光度、椭偏仪、光刻、芯片等。

目前在可见和近红外光谱范围的光学领域中，一般采用的偏振棱镜为冰洲石晶体制作而成的格兰激光、格兰泰勒或格兰汤姆逊棱镜，但冰洲石为天然的，内部质量和材料来源成了影响偏振器件制作的关键；冰洲石偏振器的适用波长范围为350-2300nm，到紫外不能被适用；而且冰洲石晶体是菱面体，偏振器件光轴的需求造成晶体利用率低，加工容易解理，硬度低不适合抛光等加工。

可见到中红外的偏振器件一般采用yvo4制作而成的空气隙格兰激光棱镜，yvo4晶体光学均匀性好，方便加工，容易生成得到，但是，与冰洲石偏振棱镜一样，紫外波段不适用。

紫外到可见光谱范围的光学领域中，一般采用α-bbo晶体空气隙结构设计，使用角度和波长范围窄。发明专利cn102096141b采用了低折射率的lif晶体，拓展了波长使用范围。由于lif晶体对o光和e光折射率一样，本发明专利采用另外一种思路，利用clbo的双折射性能对o光和e光进行分离，α-bbo晶体o光折射率小于e光折射率，clbo晶体的o光折射率小于e光折射率；同时clbo晶体的o光折射率小于α-bbo晶体o光折射率，clbo晶体的e光折射率小于α-bbo晶体e光折射率，形成互补关系。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现在偏振棱镜的不足，现有偏振棱镜一般采用空气隙或者中间为单折射晶体，即材料对o光和e光折射率一样。

本发明设计采用了双折射深紫外clbo晶体，在现有的偏振结构的是不存出现，具有独创性。利用clbo晶体的双折射性能，o光折射率比e光折射率小；同时α-bbo晶体o光折射率小于e光折射率。光线从α-bbo晶体入射到clbo晶体时，o光仍是o光，e光仍是e光；此时，clbo晶体的o光折射率比α-bbo晶体o光折射率小，o光发生全反；clbo晶体的e光折射率比α-bbo晶体e光折射率小，e光也可以发生全反，但是o光的全反角远小于e光的全反角，可以设计出宽的角度保证o光全反，e光折射。

具体结构包含两片α-bbo晶体棱镜和一片clbo晶体，两片α-bbo晶体棱镜的结构一样，顶角为57°-70°之间，形状为两个直角梯形，两片α-bbo晶体的斜面与clbo晶体的抛光面光胶连接，形成一个长方体结构；两片α-bbo晶体棱镜的光轴均与o光溢出面垂直，clbo晶体的光轴跟两片α-bbo晶体棱镜的光轴平行；光线在α-bbo晶体和clbo晶体传播时，α-bbo晶体o光折射率大于clbo晶体的o光折射率；α-bbo晶体的e光折射率大于clbo晶体的e光折射率；因此，自然光从入射面入射到α-bbo偏振棱镜时，clbo晶体o光折射率小，o光在斜面发生全反射，从侧面抛光面溢出；此时e光从α-bbo棱镜折射到clbo晶体窗片，进入clbo晶体后仍然是e光，然后入射到另一片α-bbo棱镜保持e光偏振性不变，最后从α-bbo棱镜出射，从而保证了出射光为完全的偏振光，消光比<5×10-6，使用波长范围为0.19-3.0μm。

由于clbo晶体容易潮解开裂，避免与空气接触，在四周采用胶水密封。

附图说明

图1为本发明专利的一种深紫外耦合偏振棱镜示意图；

图2为本发明专利的一种深紫外耦合偏振棱镜全反角示意图。

具体实施例

为了更好的对本发明专利进行阐述，下面将结合附图做详细说明。

如图1所示，本发明专利的一种深紫外耦合偏振棱镜示意图，101和104为α-bbo晶体棱镜，102为clbo晶体，103为封装胶水。

根据折射定律、全反射定律、α-bbo晶体和clbo晶体的sellmeierequation，α-bbo晶体和clbo晶体均为双折射晶体，o光从棱镜101入射到clbo晶体102时，仍然是o光，o光单独计算全反角；e光从棱镜101入射到clbo晶体102时，仍然是e光，e光单独计算全反角α-bbo晶体和clbo晶体的光轴平行，都垂直o光出射面，全反角设计分别为图2，从图2可知，e光的全反角远大于o光的全反角；因此，在e光和o光全反角之间的区域，可以保证o光全反，e光折射，设计的角度即顶角为57°-70°。

进一步的，如果在整个波长0.19-0.18你μm，根据图2同时能覆盖此波长的顶角为63.6°-64.6°，此时，在整个波长范围内，o光全反，e光折射，在整个器件中，o和e光的性能不改变，仍为原来偏正光传播。

为了防止clbo晶体在空气中吸收水分而潮解开裂，设计时将clbo晶体尺寸比两片α-bbo棱镜斜面尺寸小，侧面通过胶水密封，放置潮解开裂。

上述具体实施方式不能认为是对本发明专利的进一步限定，本领域技术人员根据本发明专利内容作出的非实质性改变均应落入本发明专利保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种深紫外耦合偏振棱镜，包括两片α‑BBO晶体棱镜和一片CLBO晶体，两片α‑BBO晶体棱镜的结构一样，顶角为57°‑70°之间，形状为两个直角梯形，两片α‑BBO晶体的斜面与CLBO晶体的抛光面光胶连接，形成一个长方体结构；自然光从入射面入射到α‑BBO偏振棱镜时，CLBO晶体o光折射率小，o光在斜面发生全反射，从侧面抛光面溢出；此时e光从α‑BBO棱镜折射到CLBO晶体窗片，进入CLBO晶体后仍然是e光，然后入射到另一片α‑BBO棱镜保持e光偏振性不变，最后从α‑BBO棱镜出射，消光比<5×10‑6，使用波长范围为0.19‑1.8μm。

技术研发人员：朱一村;廖洪平;张星;陈伟;陈秋华
受保护的技术使用者：福建福晶科技股份有限公司
技术研发日：2018.12.18
技术公布日：2019.03.15