[發明專利]消偏振反射鏡

有效

• 申請號: 200810063060.2
• 申請日: 2008-07-08
• 公開（公告）號: CN101334520A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發明（設計）人: 潘建根
• 申請（專利權）人: 杭州遠方光電信息有限公司
• 主分類號: G02B17/06
• 分類號: G02B17/06
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司
• 代理人: 林寶堂

【技術領域】

本發明涉及一種光學測量或光學儀器，尤其涉及一種能有效消除鏡面反射帶來的偏振問題的反射鏡組。

【背景技術】

以一定角度入射的鏡面反射會使反射光的偏振狀態相對入射光發生改變，且其總反射率會因入射光偏振狀態不同而不同。如圖1所示為一束自然光發射鏡面反射后產生偏振的示意圖。

以入射光和反射鏡的法線所組成的平面為入射平面。任意一束入射光可以分解為垂直于光線傳播方向的兩個振動方向互相垂直的偏振光，記為s波和p波，其中s波的振動方向垂直于入射平面，而p波的振動方向為平行于入射平面。在光線發生鏡面反射后，反射光的光強由下式表示：

I_m＝I_p·ρ_p(θ)+I_s·ρ_s(θ)

由于通常p波和s波的反射率不相等，如圖2所示，會導致反射光發生一定的附加偏振，即如原來入射光為自然光的，反射光變成了部分偏振光，如原來入射光為偏振光的，反射光的偏振狀態會發生改變。而且，隨著入射角度的不同，p波和s波的反射率之間的差值也會發生變化，反射光的附加偏振程度會隨著入射角度的變化而變化。

在一定角度下，以反射光線與入射光線光強的比值為反射鏡組該光線的總反射率。由于自然入射光的p波和s波的光強均為總光強的1/2，在發生鏡面反射后，反射鏡組自然光的總反射率可表示p波和s波反射率的算術平均值。而對于偏振的入射光，反射鏡的總反射率與偏振程度有關，表達要更為復雜。因此在某一入射角度下，反射鏡的總反射率會因入射光的偏振狀態而發生改變，即反射鏡的總反射率對入射光的偏振狀態有著強烈的依賴性，當入射角度較大時這種依賴會變得十分明顯，以致它在精密光學測量等領域成為一項無法消除的原理性測量誤差。

由圖2還可知，發生在介質表面的反射與金屬表面的反射雖然都會使反射光束產生一定的偏振，但二者又有所區別。金屬表面的平均反射率一般高于介質表面的平均反射率，而且隨著金屬材質的不同，平均反射率以及p波和s波的反射率差值也各不相同。

反射鏡是非常重要的光學器件，廣泛使用于各個光學領域。雖然偏振是很多光學領域中不容忽略的問題，但長期以來并沒有較為方便、經濟、有效的方法去解決這一問題，使得光線的總反射率不依賴于偏振，而且使鏡面反射不給反射光帶來附加偏振。

對反射鏡表面鍍膜是目前反射鏡消偏的常用方法，然而這種方法一方面成本較高，另一方面該方法只能在一定程度上減少上述鏡面反射帶來的偏振問題，鍍膜后的反射鏡組p波和s波的反射率差值依然存在，同時鍍膜消偏所適用的光譜波段較窄，而且對入射角度有所限制，不能隨意調整光線的入射角度，否則消偏效果將受到影響。

【發明內容】

本發明旨在提供一種消偏振反射鏡，以方便、有效地消除鏡面反射帶來的偏振問題，消偏振反射鏡的反射率對入射光的偏振不敏感，并且經過消偏振反射鏡后的反射光仍保持入射前的偏振狀態。

本發明是通過下述技術方案實現的：

一種消偏振反射鏡，其特征在于在光路中包括一面以上含一面起偏反射鏡和一面以上含一面補償反射鏡組成的一組或多組鏡組，每組鏡組中起偏反射鏡的起偏入射平面和補償反射鏡的補償入射平面相互垂直，所有鏡組中起偏反射鏡的s波和p波反射率比的乘積與所有補償反射鏡的s波與p波反射率比的乘積相等。

消偏振反射鏡鏡組中，任意一光強為I的入射光可以分解為垂直于第一面起偏反射鏡入射平面的p波和s波，其光強分別為Ip和Is，即：

I＝I_p+I_s(1)

相應的p波和s波的振幅分別為Ap和As，入射光經過第一面起偏反射鏡后的振幅為

I_m＝I_pρ_1p(θ₁)+I_sρ_1s(θ₁)(2)

其中ρ_1p(θ₁)為第一起偏反射鏡在入射角為θ₁時的p波反射率，ρ_1s(θ₁)為第一起偏反射鏡在入射角為θ₁是的s波反射率。下文中出現的ρ_1p(θ₁)和ρ_1s(θ₁)與式(2)中所表示的意義相同。