本發明屬于光學元件的結構設計和材料選用領域，特別涉及一種冰洲石與玻璃組合的偏振棱鏡。

背景技術：

隨著偏振光學的發展，尤其是偏振檢測技術的迅速發展，偏振棱鏡一直是人們關注的對象，它是光路起偏、檢偏的核心器件。目前一般采用冰洲石晶體制作偏振棱鏡，但是天然的光學級冰洲石晶體資源日漸枯竭，尋找替代該晶體或改進設計降低單只棱鏡中冰洲石晶體材料的消耗就成為研究熱點。

技術實現要素：

本發明的目的在于通過新的棱鏡結構設計，采用冰洲石晶體與光學玻璃組合的方法，設計一種組合的類雙渥拉斯頓對稱分束棱鏡，降低50%的冰洲石晶體材料消耗，同時具備雙渥拉斯頓棱鏡的偏振功能，并且本發明設計的組合棱鏡對稱分束偏差要優于相同結構角的雙渥拉斯頓棱鏡。

本發明采用的技術方案為兩塊直角棱鏡與等腰棱鏡之間通過樹脂膠、光膠或空氣隙膠合在一起，如圖1所示，形成長方體結構：所述的兩直角棱鏡材質是冰洲石晶體，等腰棱鏡的材質是h-bak8光學玻璃；所述的冰洲石晶體為天然光學級冰洲石晶體；所述的兩直角棱鏡的通光面均為一個直角面和一個斜面；所述的兩直角棱鏡，通光面間的結構角相同；所述的等腰棱鏡的通光面為相鄰的兩個斜面；所述的等腰棱鏡通光面之間的結構角為直角棱鏡結構角的兩倍；所述的冰洲石直角棱鏡中光軸的方向平行于通光斜面和兩直角面；所述的h-bak8光學玻璃是一種常見光學窗口材料，h-bak8為光學領域對該玻璃的公認編號，作為一種光學玻璃，具備尺寸大、價格低的特點，其光學透過范圍為290nm~2400nm，由其與冰洲石晶體組合進行設計的類雙渥拉斯頓對稱分束棱鏡可以覆蓋雙渥拉斯頓棱鏡的透過范圍，其關鍵技術是h-bak8光學玻璃的折射率色散曲線近乎完美的位于冰洲石晶體兩主折射率色散曲線的中間，如圖2所示；在與冰洲石晶體組合時，通過結構設計，如圖3所示，可以使非常光和尋常光通過棱鏡時發生偏折，根據折射定律，兩光線偏折的角度近似相等。

常規雙渥拉斯頓棱鏡結構及光路如圖4、圖5所示，由兩塊冰洲石直角棱鏡和一塊冰洲石等腰棱鏡組成；本發明設計的冰洲石與玻璃組合的類雙渥拉斯頓對稱分束棱鏡比同規格雙渥拉斯頓棱鏡減少50%的冰洲石晶體材料使用量，同時h-bak8光學玻璃價格遠比冰洲石低廉，可以降低制造成本。

本發明設計的冰洲石與玻璃組合的類雙渥拉斯頓對稱分束棱鏡是兩端對稱結構，具備雙向使用的特點，并且雙向起偏分束效果相同。

圖6和圖7分別為本發明所述類雙渥拉斯頓對稱分束棱鏡與冰洲石雙渥拉斯頓棱鏡對稱分束偏差隨波長和結構角變化的對比曲線，可以看出：在入射光波長給定的情況下，本發明所述的類雙渥拉斯頓對稱分束棱鏡的對稱分束偏差僅為相同結構的雙渥拉斯頓棱鏡對稱分束偏差的四分之一左右；在結構角給定的情況下，本發明所述的類雙渥拉斯頓對稱分束棱鏡的對稱分束偏差低于相同結構的雙渥拉斯頓棱鏡對稱分束偏差的二分之一。

本發明的有益效果是：節省冰洲石晶體材料，棱鏡制作成本低，分束對稱性性能要優于雙渥拉斯頓棱鏡。

附圖說明：

圖1為本發明所述的冰洲石與玻璃組合的類雙渥拉斯頓對稱分束棱鏡的結構示意圖，其中雙向箭頭代表光軸的方向；

圖2為本發明采用的h-bak8光學玻璃的折射率色散曲線與冰洲石晶體的兩主折射率色散曲線之間的關系示意圖，其中no為冰洲石晶體中尋常光的主折射率，ne為冰洲石晶體中非常光的主折射率，n為h-bak8光學玻璃的折射率；

圖3為本發明所述的冰洲石與玻璃組合的類雙渥拉斯頓對稱分束棱鏡的光路示意圖，其中圓點代表光軸的方向；

圖4為冰洲石雙渥拉斯頓棱鏡結構示意圖，其中雙向箭頭代表光軸的方向；

圖5為冰洲石雙渥拉斯頓棱鏡光路示意圖，其中圓點表示方向垂直于紙面；

圖6為本發明所述的冰洲石與玻璃組合的類雙渥拉斯頓對稱分束棱鏡的對稱分束偏差與雙渥拉斯頓棱鏡對稱分束偏差隨結構角變化關系的對比曲線圖，此時取入射光波長為632.8nm，其中δ1是雙渥拉斯頓棱鏡的對稱分束偏差，δ2是本發明所述的冰洲石與玻璃組合的類雙渥拉斯頓棱鏡的對稱分束偏差；

圖7為本發明所述的冰洲石與玻璃組合的類雙渥拉斯頓對稱分束棱鏡的對稱分束偏差與雙渥拉斯頓棱鏡對稱分束偏差隨入射光波長變化關系的對比曲線圖，此時棱鏡的結構角取值為30.00°，其中δ1是雙渥拉斯頓棱鏡的對稱分束偏差，δ2是本發明所述的冰洲石與玻璃組合的類雙渥拉斯頓棱鏡的對稱分束偏差。

具體實施方式：

實施例一：如圖1和圖3所示，組成偏振棱鏡的兩直角棱鏡和等腰棱鏡材質分別是冰洲石晶體和h-bak8光學玻璃，其中兩直角棱鏡結構相同，冰洲石直角棱鏡的光軸平行于通光斜面和兩直角面，通光斜面與通光直角面間的結構角為25.00°，取入射光波長為632.8nm，此時，h-bak8光學玻璃的折射率為1.57041，冰洲石晶體的非常光主折射率為1.48515，尋常光主折射率為1.65567，此時棱鏡的分束角為9.13°，對稱分束偏差為0.05°。

實施例二：如圖1和圖3所示，組成偏振棱鏡的兩直角棱鏡和等腰棱鏡材質分別是冰洲石晶體和h-bak8光學玻璃，其中兩直角棱鏡結構相同，冰洲石直角棱鏡的光軸平行于通光直角面，垂直于非通光直角面，通光斜面與通光直角面間的結構角為30.00°，取入射光波長為632.8nm，此時，h-bak8光學玻璃的折射率為1.57041，冰洲石晶體的非常光主折射率為1.48515，尋常光主折射率為1.65567，此時棱鏡的分束角為11.32°，對稱分束偏差為0.10°。

技術特征：

技術總結
本發明屬于光學元件的結構設計和材料選用領域，特別涉及一種冰洲石與玻璃組合的偏振棱鏡。該方法采用冰洲石與玻璃組合，設計出了一種三元結構的雙輸出偏振分束棱鏡，具有類似于雙渥拉斯頓棱鏡的偏振分束效果，該組合棱鏡分束的對稱性能優于相同結構角的雙渥拉斯頓棱鏡，同時還可以節省50%的冰洲石晶體材料。

技術研發人員：韓培高;閆玉甫
受保護的技術使用者：曲阜師范大學
技術研發日：2017.05.08
技術公布日：2017.07.14