一种双Savart晶体片组合结构零级波片

本发明涉及偏振光学应用，特别涉及一种双savart式晶体片组合结构零级波片。

背景技术：

1、偏振作为光的特有禀性之一，在现代光学技术中得到了广泛应用；波片作为一种常用的相位延迟器，在应用中可以起到将线偏振光振动方向改变，以及 线偏振光与圆偏振光之间相互转化的作用，因此它是一种非常重要的光学器件。光通过波片后，其相位延迟量为δ=±2π(ne-no)d/λ=（4m+n）π/2，当m=0时是零级波片，当m>0时是多级波片，n=1、2、3、4时分别对应λ/4、λ/2、3λ/4及全波片。目前用于单一波长的波片主要设计型式包括：单晶体片波片和双片组合零级波片（称为常规组合零级波片）。即便使用双折射率较小的石英和氟化镁晶体设计制作波片，可见光区的一个λ/4相位延迟量对应的波片厚度仅有十几微米，所以目前真正的单晶体片零级波片也只有剥离方法得到的白云母片，采用光学工艺加工得到单晶片均为多级片。由于云母波片面型及机械强度差，目前已较少使用；石英及氟化镁晶体单晶体片多级波片的面型及机械强度虽然好，但其延迟量受使用环境温度的影响较大，不利于在自然环境下使用，因此双片组合零级波片以良好的机械强度以及相位延迟量受温度影响较小的特点备受使用者青睐。通过计算，对于石英晶体制作的常规双片组合零级650nm波片，组合的两片厚度之差的0.5µm加工误差将产生2.5°的相位延迟量偏差，这种偏差量将对精密光学应用产生较大的影响。本发明给出的一种双savart式晶体片组合结构零级波片极大的降低了厚度的加工误差对相位延迟量的影响，为设计制作高精度双片组合零级波片提供了一种新方法。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的至少一个技术问题，本发明提供了双savart晶体片组合结构零级波片。技术方案如下：

2、第一方面，提供了一种双savart晶体片组合结构零级波片，包括：

3、第一savart晶体片，包括：零级波片的入射端面和第一出射端面；

4、第二savart晶体片，包括：第二入射端面和波片的出射端面，所述第二savart晶体片与所述第一晶体片为单轴双折射晶体，所述零级波片入射端面、出射端面与第一出射端面、第二入射端面平行，且所述第二晶体片与所述第一晶体片的厚度相同；

5、所述第一savart晶体片和第二savart晶体片按照晶体光轴在入射端面的投影成重合方式光胶或用光学胶胶合成一体。

6、进一步地，所述零级波片的入射端面和出射端面，第一savart晶体片的所述第一出射端面和所述第二savart晶体片的所述第二入射端面均为光学抛光面。

7、进一步地，所述第一savart晶体片以及所述第二savart晶体片的光轴均在入射面内，且与晶体片端面法线成数值相同，正负相反的角度。

8、进一步地，所述第一savart晶体片和所述第二savart晶体片形状相同，可以均为圆形、正方形等任何形状。

9、进一步地，所述第二savart晶体片与所述第一savart晶体片为材质相同的单轴双折射晶体，所述单轴双折射晶体包括：氟化镁晶体、光学石英晶体、蓝宝石晶体、铌酸锂晶体、冰洲石晶体、α-bbo晶体、钒酸钇晶体、金红石晶体中的任意一种。

10、进一步地，将晶体光轴与晶体片端面法线的夹角称为晶体片的光轴角，所述第一savart晶体片的光轴角φ1满足：

11、sin2φ1=[(8nod±nλ)2-64no2d2] ne2/ [(8dno±nλ)2(ne2-no2)]

12、其中，d为所述第一晶体片以及所述第二晶体片的厚度，λ为入出射光波长，±表示当使用正单轴双折射晶体时取+号，使用负单轴双折射晶体时取-号，ne、no是所用单轴双折射晶体中e、o光波的主折射率，n取1、2、3和4时，分别对应λ/4、λ/2、3λ/4和全波片。

13、进一步地，所述第二savart晶体片的光轴角φ2满足：

14、φ2=－φ1

15、进一步地，所述第一savart晶体片和所述第二savart晶体片的厚度d满足：

16、d=±nλ(ne2cos2φ1+ no2sin2φ1)1/2/{8 no[ne - (ne2cos2φ1+ no2 sin2φ1)1/2]}

17、第二方面，提供一种光学组件，包括如第一方面任一项所述的双savart晶体片组合结构零级波片。

18、本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

19、首先，本发明提出的双savart晶体片组合结构零级波片，由于等厚两片的光轴角大小相等符号相反，出射光不存在横向剪切，不会改变入射光斑形状；其次，应用当前的双面抛光技术，可以保证两片的厚度一致，但在制作过程中， 两晶体片厚度会存在相同的加工误差，计算表明：0.5µm的加工误差，对本发明相位延迟量的影响仅有0.1°，仅为常规双片组合的约4%；另外，在实际的制作中，光轴角精度完全可以控制在0.05°（3´）以内，计算表明：0.05°的光轴角的精度误差对组合相位延迟量的影响约1.1°；由此可见：本发明提出的双savart晶体片组合结构零级波片的相位延迟量偏差可以控制在1.5°以内，仅为常规双片组合同样厚度偏差的二分之一。

技术特征：

1.一种savart晶体片双片组合结构零级波片，其特征在于，包括：第一savart晶体片，包括：零级波片第一入射端面和第一出射端面与所述第一savart晶体片平行设置的第二savart晶体片，包括：零级波片的第二入射端面和第二出射端面，所述第一入射端面、第一出射端面、第二入射端面以及第二出射端面相互平行，且所述第二savart晶体片与所述第一savart晶体片的厚度相同。

2.如权利要求1所述的波片，其特征在于，所述第一入射端面、第一出射端面、第二入射端面以及第二出射端面均为光学抛光面。

3.如权利要求1所述波片，其特征在于，所述第一savart晶体片和第二savart晶体片按照晶体光轴在入射端面的投影成重合方式光胶或用光学胶胶合成一体，且所述第一晶体片和第二晶体片的粘结面为第一晶体片的出射端面和第二晶体片的入射端面。

4.如权利要求1所述的零级波片，其特征在于，所述第一savart晶体片和所述第二savart晶体片形状相同且厚度相等，可以均为圆形或其他任意形状。

5.如权利要求1所述的零级波片，其特征在于，所述第一savart晶体片与所述第二savart晶体片为材质相同的单轴双折射晶体，所述单轴双折射晶体包括：氟化镁晶体、光学石英晶体、蓝宝石晶体、铌酸锂晶体、冰洲石晶体、α-bbo晶体、钒酸钇晶体、金红石晶体等材料中的任意一种。

6.如权利要求1-4中任一项所述的零级波片，其特征在于，第一savart晶体片的晶体光轴在入射面内，且与晶体片端面法线所成的光轴角为φ1，所述的光轴角φ1满足：

7.如权利要求1-4中任一项所述的零级波片，其特征在于，第二savart晶体片时的晶体光轴在入射面内，且与晶体片端面法线所成的光轴角为φ2，所述的光轴角φ2满足：

8.如权利要求6所述的波片，其特征在于，在所述第一savart晶体片的光轴角φ1一定时，所述第一晶体片和所述第二晶体片的厚度满足：

9.如权利要求1-8所述的波片，其特征在于，光可由第一savart晶体片入射，第二savart晶体片出射，也可以由第二savart晶体片入射，第一savart晶体片出射。

10.一种光学组件，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的双savart式晶体片组合结构零级波片。

技术总结
本发明公开了一种双Savart晶体片组合结构零级波片及光学组件，属于偏振光学与信息光学交叉技术领域。其特征是它使用双片形状相同且等厚度的同种单轴双折射晶体平行平片组合而成；两平行平片均类似于Savart晶体片，其光轴角均在入射面内，且与入射面法线成数值相同、正负号相反的角度；两平行平片的入、出射端面均为经光学抛光的光学面；两平行平片按照晶体光轴在入射端面的投影成重合方式光胶或用光学胶胶合成一体；光可以由两晶体片任一端垂直入射。就目前的波片制作技术可实现的性能，本发明提出的双Savart晶体片组合结构的零级波片的相位延迟量偏差可以控制在1°以内，仅为当前常规双片组合设计可控相位延迟量偏差的三分之一，为制作高精度组合零级波片提供一种可行的技术方法，光正入射零级波片的条件下，光出射波片后光斑不发生任何变化。

技术研发人员：吴闻迪,韩培高,马任德
受保护的技术使用者：曲阜师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17