[發(fā)明專利]一種通過角錐棱鏡和分光棱鏡實現(xiàn)偏振退化的方法及裝置

有效

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• 申請日: 2021-11-16
• 公開（公告）號: CN114114701B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳金才;宋志化;張亮;竇永昊;賈建軍;何志平;舒嶸
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28;G02B5/04;G02B27/14
• 代理公司: 上海滬慧律師事務(wù)所 31311
• 代理人: 郭英

本發(fā)明公開一種通過分光棱鏡和角錐棱鏡實現(xiàn)偏振退化的方法及裝置，該發(fā)明利用角錐棱鏡的內(nèi)表面全反射功能，入射面六個區(qū)域進入角錐棱鏡后折射和反射的路徑不同，造成不同區(qū)域的偏振入射光經(jīng)過角錐棱鏡反射后的偏振態(tài)不同，從而導(dǎo)致出射光的偏振度發(fā)生退化，即出射光退化成部分偏振光；同時利用了分光棱鏡的分光及合束的功能，采用兩個角錐棱鏡分別對透過和反射光束自準退偏，兩束自準光再經(jīng)過分光棱鏡合束出射，組合成一個固定收發(fā)一體的偏振光束退偏模塊。該發(fā)明操作過程簡單，光路搭建方便，同時對入射光波長沒有要求，對復(fù)色光也可實現(xiàn)偏振退化,所需成本低廉。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種通過分光棱鏡和角錐棱鏡實現(xiàn)偏振退化的方法及裝置，實現(xiàn)光束在空間領(lǐng)域的退偏，適用于成像光譜儀等偏振敏感的光學(xué)系統(tǒng)，可以減小入射光束偏振特性對測量的不利影響。

背景技術(shù)

在利用星載成像光譜儀對大氣參量進行探測的過程中，大氣輻射的偏振特性會影響大氣探測精度。非偏振的太陽光經(jīng)過大氣層散射后,由于大氣分子和氣溶膠的瑞利散射作用,散射光中電矢量垂直分量和平行分量的振幅會發(fā)生變化,不再是各向同性的自然光,而成為偏振光或部分偏振光.用于空間遙感探測的成像光譜儀通常是偏振敏感的光學(xué)系統(tǒng),這些系統(tǒng)的主要任務(wù)是準確測量大氣光譜輻亮度,由于光譜儀中含有光柵、反射鏡等偏振敏感元件,光學(xué)系統(tǒng)效率會隨入射輻射的偏振特性而異。在光通信領(lǐng)域，隨著光通信技術(shù)的日益普及，由光的偏振引起的損害逐漸引起重視，例如電光調(diào)制器中的偏振相關(guān)調(diào)制；接收機中的偏振相關(guān)相應(yīng)。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，激光手術(shù)越來越普及，人體組織對激光束的吸收與入射到組織上的光束的偏振態(tài)有光，經(jīng)實驗表明在治療時必須選用完全非偏振光；在工業(yè)領(lǐng)域，隨著大功率激光器在鉆孔、切割以及焊接等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)激光束的偏振態(tài)起著重要作用，激光加工的最佳光束為完全非偏振光，因此需要使用退偏器件將偏振光束的偏振態(tài)進行一定程度的退化。

傳統(tǒng)退偏器通常利用液晶聚合物或者石英光楔，不同部分的光束通過退偏器時經(jīng)過的光程不同，產(chǎn)生不同的相位延遲，出射光束具有不同的偏振態(tài)，在空域形成退偏光束，對入射光束的大小和能量有一定要求。本發(fā)明發(fā)明通過分光棱鏡和角錐棱鏡實現(xiàn)偏振退化的裝置利用了入射在角錐棱鏡不同區(qū)域的光束折射和反射的路徑不同，各個區(qū)域偏振態(tài)產(chǎn)生的變化不同，光斑大小能覆蓋角錐棱鏡中心區(qū)域，光束能量在器件損傷閾值下即可，對光斑大小和光束能量要求較低。該裝置由兩塊錯位放置的角錐棱鏡和一塊分光棱鏡組成，對光波長沒有要求，在所用器件允許的波長內(nèi)可進行復(fù)色光的偏振退化。。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種通過分光棱鏡和角錐棱鏡實現(xiàn)偏振退化的方法及裝置，該方法可以使入射光束的偏振態(tài)在空間范圍上發(fā)生退化。

本發(fā)明裝置如附圖1所示：

偏振光源1出射一種狀態(tài)的標準偏振光，偏振光束首先經(jīng)過分光棱鏡2，一部分透射進入角錐棱鏡A3-1，另一部分反射進入角錐棱鏡B3-2，探測器6可同時接收到來自角錐棱鏡A3-1和角錐棱鏡B3-2的入射光。

本發(fā)明裝置可以用于，該方法的原理及步驟如下：

1、角錐棱鏡偏振退化工作原理：

如附圖2所示，角錐棱鏡的工作表面可在中心每六十度等分為6個區(qū)域，每個區(qū)域分別以a，b，c，d，e，f表示，每個區(qū)域的光線入射后在對角區(qū)域出射。理想的角錐棱鏡可使入射光與出射光平行。角錐棱鏡的通光面為ABC，O為角錐棱鏡的頂點，AO、BO、CO分別為角錐棱鏡的三條直角棱。光線進入角錐棱鏡后經(jīng)過兩次折射和三次反射，偏振態(tài)變化較為復(fù)雜，為了簡化分析采用瓊斯矩陣描述角錐棱鏡對光線偏振態(tài)的影響。以角錐棱鏡的ABC面為垂直于光線傳播方向的平面，以一定偏振態(tài)入射在a區(qū)域的光線Ⅰ，首先經(jīng)過折射后入射在分光棱鏡的AOC面，然后反射到分光棱鏡的AOB面，再次反射到分光棱鏡的BOC面，最后經(jīng)過折射后出射光線Ⅰ′在對角d區(qū)域沿與入射光線相同的角度出射。