一种大角度偏振分光棱镜的制作方法

本发明涉及光学领域，特别涉及偏振分光棱镜。

背景技术：

偏振分光棱镜是光学系统中一种常用的光学元件，通常由一对高精度直角棱镜胶合而成，其中一个棱镜的斜面上镀有偏振分光膜，能把入射的非偏振光分成两束垂直的线偏光。

一般偏振分光棱镜的设计是由一对45度角的等腰直角棱镜组成，入射光以45度角入射到偏振分光膜上，根据布儒斯特定律，p偏振光透过，s偏振光反射，两出射光的方向成90度角。当入射光入射到偏振分光膜上的角度增大或减少时会产生光谱的压缩效应和消光比的降低，现有的偏振分光棱镜很难同时满足大角度入射和宽光谱的需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种偏振分光棱镜，该偏振分光棱镜采用设计合理的偏振分光膜膜层结构，当入射角范围在38-52度时，能保证在450-650nm之间的宽光谱范围都有足够的消光比，即能同时满足大角度入射和宽光谱的需求。

本发明是这样实现的：

一种偏振分光装置，包括第一直角棱镜、第二直角棱镜及夹设于第一两直角棱镜分光斜面和第二直角棱镜分光斜面之间的偏振分光膜，

第一直角棱镜和第二直角棱镜的直角面与分光斜面的夹角角度在44-46°之间；

所述的直角棱镜和直角棱镜的折射率n＝1.8281-1.8654；

所述的所述偏振分光膜由23层膜层组成，该23层膜层从入射方向到出射方向依次为：

厚度为67.1-68.4nm的第一tio2膜层；厚度为34.4-35.1nm的第一mgf2膜层；厚度为42.7-43.5nm的第二tio2膜层；厚度为81.6-83.2nm的第一sio2膜层；厚度为139.7-142.6nm的第三tio2膜层；厚度为105.1-107.2nm的第二sio2膜层；厚度为25.9-26.4nm的第四tio2膜层；厚度为101.6-13.7nm的第二mgf2膜层；厚度为41.5-42.3nm的第五tio2膜层；厚度为67.7-69.1nm的第三mgf2膜层；厚度为71.2-72.6nm的第三sio2膜层；厚度为142.2-145.1nm的第六tio2膜层；厚度为90.3-92.1nm的第四sio2膜层；厚度为80.1-81.7nm的第四mgf2膜层；厚度为44.4-45.3nm的第七tio2膜层；厚度为191.0-194.9nm的第五mgf2膜层；厚度为41.7-42.6nm的第八tio2膜层；厚度为94.2-96.1nm的第六mgf2膜层；厚度为59.1-60.3nm的第五sio2膜层；厚度为8.8-8.9nm的第九tio2膜层；厚度为93.9-95.8nm的第六sio2膜层；厚度为29.5-30.0nm的第十tio2膜层；厚度为88.9-90.6nm的第七sio2膜层。

进一步地，所述的直角棱镜和直角棱镜均为等腰直角棱镜。

所述的第一直角棱镜和第二直角棱镜的折射率n＝1.8281-1.8654；

进一步地，在所述的直角棱镜和的直角面镀制有增透膜。

进一步地，所述的第一直角棱镜和第二直角棱镜之间通过胶水、光胶或深化光胶胶合在一起。

本发明的在光谱范围为450-650nm之间且入射角在38-52之间的入射光通过该大角度偏振分光棱镜后能高效地实现偏振分光，在入射角在38-52之间的s光和p光的透过率平均值均>96％，即偏振分光性能满足：tp(ave)≥95％rs(ave)≥95％@450-650nm。

较之现有技术而言，本发明具有以下优点：

(1)采用本发明的偏振分光装置可实现在入射角范围为38-52度时能保证宽光谱范围(450-650nm)内内各角度的s光和p光的透过率平均值均≥95％。

(2)采用本发明的三种膜料来实现大角度宽波段偏振的效果；相对两种膜料的设计能大大减少膜层厚度和加工难度，有效降低镀膜成本。

附图说明

图1为本发明的几何结构及光路示意图。

图2是本发明实施例1偏振分光棱镜透过率反射率图。

图3是本发明实施例2偏振分光棱镜透过率反射率图。

图4是本发明实施例3偏振分光棱镜透过率反射率图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明内容进行详细说明：

如图1所示为本发明提供的一种偏振分光棱镜，它包两直角棱镜以及夹合在直角棱镜之间的偏振分光膜；所述消偏振分光膜是三种膜料叠加组成。

优选地，所述棱镜材料为高折射率玻璃材料，例如schott的sf57(n＝1.8466)。

优选地，所述偏振分光膜料是高折射率材料tio2(n＝2.4)，中折射率材料sio2(n＝1.46)，低折射率材料mgf2(n＝1.38)。

本发明的制造工艺包括：利用物理气相沉积技术在一直角棱镜斜面上精确沉积规定厚度要求的三种介质膜料，然后通过光学胶水、光胶或深化光胶的方案将两直角棱镜固定起来，最终形成所述的偏振分光棱镜。

实施例1

如图1所示，一种偏振分光装置，包括第一直角棱镜1、第二直角棱镜3及夹设于第一直角棱镜分光斜面1-1和第二直角棱镜分光斜面3-1之间的偏振分光膜2，所述第一直角棱镜分光斜面1-1和第二直角棱镜分光斜面3-1平行相对设置，且第一直角棱镜1、第二直角棱镜3的对应直角面相互平行设置，其特征在于：

第一直角棱镜1和第二直角棱镜3的直角面与各自的分光斜面的夹角角度为45°；

所述的第一直角棱镜1和第二直角棱镜3的折射率n＝1.8466；

所述的偏振分光膜由23层膜层组成，该23层膜层从入射方向到出射方向依次为：

厚度为67.1nm的第一tio2膜层；厚度为34.4nm的第一mgf2膜层；厚度为42.7nm的第二tio2膜层；厚度为81.6nm的第一sio2膜层；厚度为139.7nm的第三tio2膜层；厚度为105.1nm的第二sio2膜层；厚度为25.9nm的第四tio2膜层；厚度为101.6nm的第二mgf2膜层；厚度为41.5nm的第五tio2膜层；厚度为67.7nm的第三mgf2膜层；厚度为71.2nm的第三sio2膜层；厚度为142.2nm的第六tio2膜层；厚度为90.3nm的第四sio2膜层；厚度为80.1nm的第四mgf2膜层；厚度为44.4nm的第七tio2膜层；厚度为191.0nm的第五mgf2膜层；厚度为41.7nm的第八tio2膜层；厚度为94.2nm的第六mgf2膜层；厚度为59.1nm的第五sio2膜层；厚度为8.8nm的第九tio2膜层；厚度为93.9nm的第六sio2膜层；厚度为29.5nm的第十tio2膜层；厚度为88.9nm的第七sio2膜层。

所述的第一直角棱镜1和第二直角棱镜3之间通过胶水胶合在一起。

实施例2

如图1所示，一种偏振分光装置，包括第一直角棱镜1、第二直角棱镜3及夹设于第一直角棱镜分光斜面1-1和第二直角棱镜分光斜面3-1之间的偏振分光膜2，所述第一直角棱镜分光斜面1-1和第二直角棱镜分光斜面3-1平行相对设置，且第一直角棱镜1、第二直角棱镜3的对应直角面相互平行设置，其特征在于：

第一直角棱镜1和第二直角棱镜3的直角面与各自的分光斜面的夹角角度为44°；

所述的偏振分光膜由23层膜层组成，该23层膜层从入射方向到出射方向依次为：

厚度为67.7nm的第一tio2膜层；厚度为34.3nm的第一mgf2膜层；厚度为43.1nm的第二tio2膜层；厚度为82.4nm的第一sio2膜层；厚度为141.2nm的第三tio2膜层；厚度为106.1nm的第二sio2膜层；厚度为26.0nm的第四tio2膜层；厚度为102.6nm的第二mgf2膜层；厚度为41.9nm的第五tio2膜层；厚度为68.4nm的第三mgf2膜层；厚度为71.7nm的第三sio2膜层；厚度为143.7nm的第六tio2膜层；厚度为91.2nm的第四sio2膜层；厚度为80.8nm的第四mgf2膜层；厚度为44.5nm的第七tio2膜层；厚度为192.0nm的第五mgf2膜层；厚度为42.2nm的第八tio2膜层；厚度为95.2nm的第六mgf2膜层；厚度为59.4nm的第五sio2膜层；厚度为8.8nm的第九tio2膜层；厚度为94.9nm的第六sio2膜层；厚度为29.7nm的第十tio2膜层；厚度为90.3nm的第七sio2膜层。

本实施例所述的第一直角棱镜(1)和第二直角棱镜(3)均为等腰直角棱镜。

所述的第一直角棱镜1和第二直角棱镜3的折射率n＝1.8281；

本实施例在所述的直角棱镜1和3的直角面镀制有增透膜。

所述的第一直角棱镜1和第二直角棱镜3之间通过光胶胶合在一起。

实施例3

如图1所示，一种偏振分光装置，包括第一直角棱镜1、第二直角棱镜3及夹设于第一直角棱镜分光斜面1-1和第二直角棱镜分光斜面3-1之间的偏振分光膜2，所述第一直角棱镜分光斜面1-1和第二直角棱镜分光斜面3-1平行相对设置，且第一直角棱镜1、第二直角棱镜3的对应直角面相互平行设置，其特征在于：

第一直角棱镜1和第二直角棱镜3的直角面与各自的分光斜面的夹角角度为46°；

所述的偏振分光膜由23层膜层组成，该23层膜层从入射方向到出射方向依次为：

厚度为68.4nm的第一tio2膜层；厚度为35.1nm的第一mgf2膜层；厚度为43.5nm的第二tio2膜层；厚度为83.2nm的第一sio2膜层；厚度为142.6nm的第三tio2膜层；厚度为107.2nm的第二sio2膜层；厚度为26.4nm的第四tio2膜层；厚度为13.7nm的第二mgf2膜层；厚度为42.3nm的第五tio2膜层；厚度为69.1nm的第三mgf2膜层；厚度为72.6nm的第三sio2膜层；厚度为145.1nm的第六tio2膜层；厚度为92.1nm的第四sio2膜层；厚度为81.7nm的第四mgf2膜层；厚度为45.3nm的第七tio2膜层；厚度为194.9nm的第五mgf2膜层；厚度为42.6nm的第八tio2膜层；厚度为96.1nm的第六mgf2膜层；厚度为60.3nm的第五sio2膜层；厚度为8.9nm的第九tio2膜层；厚度为95.8nm的第六sio2膜层；厚度为30.0nm的第十tio2膜层；厚度为90.6nm的第七sio2膜层。

本实施例所述的第一直角棱镜(1)和第二直角棱镜(3)均为等腰直角棱镜。

所述的第一直角棱镜1和第二直角棱镜3的折射率n＝1.8654；

本实施例在所述的直角棱镜1和3的直角面镀制有增透膜。

所述的第一直角棱镜1和第二直角棱镜3之间通过深化光胶胶合在一起。

如图2、3、4所示，为本发明的偏振分光棱镜对应不同入射角度的偏振分光特性图，从图中可以看出，本发明提供的偏振分光棱镜可以在可见光波段450-650nm范围内高效地实现偏振分光分离出来宽光谱范围内各角度的s光和p光的透过率平均值均≥95％，即偏振分光性能满足：tp(ave)≥95％，rs(ave)≥95％@450-650nm，aoi＝38-53度。

上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。