[發(fā)明專利]雙棱鏡四分之一波片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210334399.8
• 申請日: 2012-09-11
• 公開（公告）號: CN102866448A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭繼華;郭峻;劉智毅;石恒;張怡龍;張鵬飛
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號: G02B5/30
• 分類號: G02B5/30;G02B1/00
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)元件領(lǐng)域，尤其涉及一種雙棱鏡四分之一波片。

背景技術(shù)

四分之一波片（λ/4波片）是一種重要的基礎(chǔ)光學(xué)元件，常作為偏光器件中的一個重要組成部分，其功能是實(shí)現(xiàn)光的偏振態(tài)的轉(zhuǎn)換。隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，光的偏振特性越來越受到重視。但由于λ/4波片是一種較古老基礎(chǔ)的光學(xué)元件，所以要實(shí)現(xiàn)革新具有相當(dāng)?shù)碾y度。

λ/4波片有多種，從材料上分類為晶體波片和非晶體波片兩種，其中非晶體波片指的是玻璃波片。

晶體波片中，由于o光（尋常光）和e光（非尋常光）的折射率不一樣，經(jīng)過晶體后兩種光會產(chǎn)生光程差，如圖1所示，當(dāng)光通過厚度為d的晶體，其光程差滿足：|n_o-n_e|d=λ/4?時，該波片即為λ/4波片，其中n_o和n_e分別為o光和e光的折射率。

但由于n_o-n_e的值很大，導(dǎo)致d的值會很小，因此做出來的波片很薄，強(qiáng)度差。所以，一般通過|n_o-n_e|d=λ/4+nλ，做多級λ/4波片來解決。而通常情況下n_o-n_e同溫度和波長有關(guān)，多級λ/4波片在溫度變化時光程差λ/4+nλ的變化很大，波片性能受到影響。波長同時變化時其變化就更明顯。

因此，目前常用的零級λ/4波片如圖2所示，是由兩個晶體復(fù)合而成。當(dāng)光線進(jìn)入第一個晶體后如果是o光，那么進(jìn)入第二個晶體則變成e光；相反，第一個晶體中的e光進(jìn)入第二個晶體后則變成o光。如果復(fù)合晶體的厚度滿足：|(n_o-n_e)(d₁-d₂)|=λ/4，則成為零級λ/4波片。晶體波片的好處是入射光線和出射光線同軸，使用起來方便；但是，晶體的n_o-n_e受到波長影響較大，不適用于寬譜光入射的情形。

使用玻璃材料設(shè)計(jì)波片時，運(yùn)用的是全內(nèi)反射時的位相改變特性：

光在發(fā)生反射時，電矢量與入射面平行的分量為p分量，與入射面垂直的分量為s分量。和分別表示p分量和s分量在發(fā)生全反射時的位相躍變，n₁和n₂分別是玻璃和外面介質(zhì)的折射率，θ為入射角。當(dāng)入射角合適時，可以使得為某一特定的位相值，并可因此設(shè)計(jì)滿足要求的波片。如圖3所示，入射光進(jìn)入玻璃棱鏡后發(fā)生兩次全內(nèi)反射后出射，且滿足：，則該玻璃棱鏡可作為λ/4波片使用。

玻璃材料設(shè)計(jì)的λ/4波片對光波長不敏感，適用于寬譜光入射的情形。但是，這種波片的出射光和入射光雖然平行，卻不同軸，因此使用調(diào)節(jié)時極其不方便。

總的來說，現(xiàn)有技術(shù)中，晶體波片受到波長影響，存在色差，且成本昂貴，但其出射光與入射光同軸，使用方便，適用于單波長光；而玻璃波片不受波長影響，色差很小，且成本便宜，但其出射光與入射光平行但不同軸，使用不方便，較適用于多波長光或連續(xù)波長光。兩者都存在一定的優(yōu)缺點(diǎn)，不能實(shí)現(xiàn)將兩者優(yōu)點(diǎn)的統(tǒng)一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低成本、使用方便、色差很小、受溫度影響小的雙棱鏡四分之一波片。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種雙棱鏡四分之一波片，具有由非晶體材料的兩個八分之一棱鏡或兩個八分之三棱鏡全對稱結(jié)合組成的雙棱鏡結(jié)構(gòu)，所述四分之一波片的出射光束與入射光束同軸。

優(yōu)選地，非晶體材料的外面介質(zhì)為空氣，

非晶體材料的相對折射率為n_a，n_a＞n₀，其中n₀是只有一個零點(diǎn)時n₁/n₂的值，

所述全對稱雙棱鏡結(jié)構(gòu)的入射角為相對折射率為n_a時，的點(diǎn)對應(yīng)的θ，

其中，，，n₁為全內(nèi)反射非晶體折射率，n₂為外面介質(zhì)折射率。

優(yōu)選地，非晶體材料的外面介質(zhì)為折射率匹配液，

非晶體材料由折射率匹配液調(diào)節(jié)后的相對折射率為n_c，n_c=n₀或n_c≈n₀，其中n₀是只有一個零點(diǎn)時的值；