[發明專利]基于氯化亞汞晶體的偏振棱鏡/偏振分光棱鏡

在審

• 申請號: 202011474320.2
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112596145A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 張國棟;李榮臻;劉琳;陶緒堂
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G02B5/30
• 分類號: G02B5/30;G02B5/04;G02B1/02
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 張宏松

本發明涉及基于氯化亞汞晶體的偏振棱鏡/偏振分光棱鏡，偏振棱鏡的材料為氯化亞汞Hg₂Cl₂晶體，包括單塊氯化亞汞晶體棱鏡或多塊氯化亞汞晶體棱鏡，多塊氯化亞汞晶體棱鏡為由多個單塊氯化亞汞晶體棱鏡通過空氣隙、光膠或深化光膠方式形成的光線依次入射、兩兩之間以斜面相連接的堆疊結構；本發明采用正單軸晶Hg₂Cl₂晶體作為棱鏡基質，實現了基于Hg₂Cl₂晶體的偏振棱鏡和偏振分光棱鏡，拓展了應用于可見到紅外波段，特別是中遠紅外波段的棱鏡基質材料范圍。

技術領域

本發明涉及基于氯化亞汞晶體的偏振棱鏡/偏振分光棱鏡，屬于光學元件的材料選用和結構設計領域。

背景技術

光入射到各向異性晶體中將發生雙折射，分為兩束分別沿不同方向傳播的偏振光。利用晶體的雙折射現象制作成的棱鏡稱為偏振棱鏡，可用于獲得偏振光。偏振棱鏡在光譜分析、光學成像、激光調制等光學領域具有重要的應用。根據具體的應用需求，偏振棱鏡可分為格蘭-泰勒棱鏡、格蘭-湯普遜棱鏡、沃拉斯頓棱鏡、分束棱鏡等。單軸晶偏振棱鏡所利用的雙折射為兩主折射率之差，即光束沿垂直c軸方向入射時獲得的(n_e-n_o)。

受材料透光范圍所限，偏振棱鏡一般只能用于特定波段。目前，廣泛應用于制作偏振棱鏡的材料主要為不可再生的方解石晶體、α-BBO晶體以及YVO₄等單軸晶晶體。α-BBO晶體在紫外波段具有良好的透過性能，并且具有較大的雙折射，可以用于制作0.19-3.5μm紫外-近紅外波段的格蘭棱鏡；YVO₄晶體在0.5-4.0μm具有良好的透過率和大的雙折射，可用于制作可見-中紅外波段的棱鏡；方解石晶體是應用于0.35-2.5μm可見、近紅外波段最主要的偏振棱鏡材料，然而，方解石晶體屬于天然的不可再生資源，隨著開采量的逐年增加，價格日趨昂貴。此外，在波長大于5μm的中長波紅外區域，較少有合適的材料可用于制作偏振棱鏡。

因此尋找從可見到長波紅外波段具有寬透光范圍、大的雙折射、物理化學性能優異且價格便宜的棱鏡基質材料，是高質量偏振棱鏡研究的一個重要方向。

氯化亞汞晶體(分子式：Hg₂Cl₂)屬四方晶系I4/mmm空間群，為正單軸晶。此晶體具有透光范圍寬(0.38-20μm)、雙折射大(0.581@1.064μm)、易獲得大尺寸高質量單晶等特點，是一類潛在的從可見光到長波紅外波段寬帶寬應用的偏振棱鏡材料。

發明內容

針對現有技術中偏振棱鏡基質材料短缺的難題，本發明提供基于氯化亞汞晶體的偏振棱鏡/偏振分光棱鏡。

本發明的基于氯化亞汞晶體的偏振棱鏡/偏振分光棱鏡特別應用于中長波紅外波段。

為達到以上目的，本發明是通過如下技術方案實現的：

基于氯化亞汞晶體的偏振棱鏡，所述偏振棱鏡的材料為氯化亞汞Hg₂Cl₂晶體，包括單塊氯化亞汞晶體棱鏡或多塊氯化亞汞晶體棱鏡。

根據本發明優選的，氯化亞汞晶體的雙折射率為0.581@1.064μm，紅外透過波長為0.38-20μm。

根據本發明優選的，單塊氯化亞汞晶體棱鏡的頂角根據目標應用波長、氯化亞汞晶體折射率色散關系、折射定律n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂、全反射條件θ₁≥arcsin(n₂/n₁)確定。

根據本發明優選的，在0.38-20μm范圍內氯化亞汞晶體在以下波長下兩偏振光的折射率、雙折射、全反射角如下所示：

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